申请日2017.01.19
公开(公告)日2017.08.29
IPC分类号C02F1/78
摘要
本实用新型提供了一种集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，包括：污水进水泵(1)，臭氧氧化塔(2，3，4)，射流泵(5，6，7)，臭氧发生系统(8)，产水储水罐(9)，臭氧尾气破坏系统(10)，臭氧氧化塔液位调节结构(11)，串/并联进水阀门(12)，臭氧氧化塔(2)/(3)串联开关阀(13)，臭氧氧化塔(3)/(4)串联开关阀(14)，臭氧氧化塔(2)并联出水阀(15)，臭氧氧化塔(3)并联出水阀(16)。试验装置可供调节的工况至少包括：多塔串并联，气液顺逆流，气液混合方式，催化剂种类和用量，液体水力停留时间等，从而综合评价确定最佳工况参数;因此，该集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置具有良好的应用前景。
权利要求书
1.一种集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，其特征在于，在集装箱内包括：
污水进水泵(1)，臭氧氧化塔(2)，臭氧氧化塔(3)，臭氧氧化塔(4)，射流泵(5)，射流泵(6)，射流泵(7)，臭氧发生系统(8)，产水储水罐(9)，臭氧尾气破坏系统(10)，臭氧氧化塔液位调节结构(11)，串/并联进水阀门(12)，臭氧氧化塔(2)/(3)串联开关阀(13)，臭氧氧化塔(3)/(4)串联开关阀(14)，臭氧氧化塔(2)并联出水阀(15)，臭氧氧化塔(3)并联出水阀(16);用于控制集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置的集装箱控制柜(19)，以及若干管线和阀门;
其中，污水进水泵(1)连接至串/并联进水阀门(12)，所述串/并联进水阀门(12)用于切换3个臭氧氧化塔(2，3，4)之间的进水串/并联状态;
每个所述臭氧氧化塔(2，3，4)在塔顶各设置有一个上部出水口和一个上部进水口，在塔底也各设置有一个下部出水口和一个下部进水口;并且，每个所述臭氧氧化塔(2，3，4)在塔底各设置曝气盘进气口、循环出水口和射流进气口，其中，曝气盘进气口连接臭氧曝气盘(17)，循环出水口连接气液混合射流系统(18)的进水端，射流进气口连接气液混合射流系统(18)的气水混合射流端，臭氧发生系统(8)通过3条臭氧输送管分别连接至曝气盘进气口和气液混合射流系统(18)的进气端;并且，所述气液混合射流系统(18)包括：射流流量计、射流器进口压力表、射流器、射流器出口压力表、射流泵(5，6，7);
并且，每个所述臭氧氧化塔(2，3，4)在塔顶各设置有一个出气口，并联连接至臭氧尾气破坏系统(10);每个所述臭氧氧化塔(2，3，4)在塔底还设置有排空管;
其中，设置于每个所述臭氧氧化塔(2，3，4)的出气口、溢流口、高位报警液位计、上部进水口、布水器、玻璃板式液位计、上部出水口、催化剂投加手孔、长条视镜、催化剂取出手孔、设有水帽的催化剂承接板、射流进气口、下部进水口、下部出水口、循环出水口、排空管相对于塔身自上而下设置;
所述臭氧氧化塔液位调节结构(11)包括：一段可旋转的几字型管，所述可旋转的几字型管的顶部设置通气阀，开启后则连通大气。
2.根据权利要求1所述的集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，其特征在于，所述臭氧氧化塔(2，3，4)各自的高径比大于5。
3.根据权利要求1所述的集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，其特征在于，所述臭氧氧化塔(3)与所述臭氧氧化塔(4)的上部进水口比所述臭氧氧化塔(2)的上部进水口低25～35cm。
4.根据权利要求1所述的集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，其特征在于，每个所述臭氧氧化塔(2，3，4)的上部出水口和下部出水口均连接取样阀，并且，每个所述臭氧氧化塔(2，3，4)的上部出水口内均设置拦截筛网。
5.根据权利要求1所述的集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，其特征在于，每个所述臭氧氧化塔(2，3，4)内设置除沫器，且所述除沫器设置在所述出气口之下，且高于所述溢流口。
6.根据权利要求1所述的集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，其特征在于，每条所述臭氧输送管均包含一段几字型臭氧输送管，所述几字型臭氧输送管的最高处平齐于或高于每个所述臭氧氧化塔(2，3，4)的出气口。
7.根据权利要求1所述的集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，其特征在于，每条所述臭氧输送管上均设置有针型调节阀和转子流量计。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，其特征在于，所述臭氧氧化塔(2，3，4)的塔身材质为316L不锈钢。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，其特征在于，所述臭氧氧化塔(2，3，4)的塔身为可拆卸式三层叠置结构，包括：上部塔体，中部塔体，下部塔体。
说明书
一种集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置
技术领域
本实用新型涉及一种污水处理装置，尤其涉及一种集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置。
背景技术
随着人类的大规模生产生活活动，工业化废水和生活污水的排放也越来越多。在环保政策制度日渐收紧的今天，环保排污和污水治理标准也逐步提高，对于难降解有机废水的处理成为水处理领域的重点与难点之一。
目前对于有机废水的处理，采用单一的处理工艺难以达到处理要求，一般采用组合工艺和一些高级氧化技术，高级氧化方法具有很好的应用前景和应用市场。其中，臭氧工艺作为高级氧化的一类，具有很强的研究前景，相较于其他高级氧化法而言，臭氧工艺不会引入其他杂质或产生难以处理的危废，具有清洁高效的特点;同时，臭氧的氧化性很高，氧化还原电位可以达到2.07V，在单质中仅低于氟F2(3.06V)，其强氧化性可以将水中含有的有机物彻底分解，降低水中COD含量，同时可以使水体脱色，降低色度。臭氧氧化法一般分为直接氧化反应和间接氧化反应，其中，直接氧化反应的反应速率较慢，反应具有选择性;而间接氧化反应主要是自由基链式反应，产生羟基自由基(·OH)的物质，·OH具有很高的活性和氧化性，可以快速氧化水中的有机物，氧化过程不具有选择性，但对于广泛的难降解有机物具有良好的氧化作用;所以在臭氧氧化过程中加入促进间接氧化反应发生的催化剂成为本领域研究人员的共识。实际应用中，限制臭氧氧化法大规模应用于污水深度处理的主要原因在于其能耗较高，于是，提高臭氧利用效率，减少臭氧投加量是解决臭氧应用能耗高问题的关键。目前，如何减少臭氧投加量这一技术问题主要是从加入催化剂、改进气水混合方式、尾气臭氧再利用、确定临界臭氧投加量等方面加以解决。
然而，目前市面上臭氧催化剂成熟产品不多，性能未知，因此需要在应用于实际工程前进行催化剂筛选;而对于气水逆流、气水顺流、气水射流等不同气水混合方式的效果相差多少，并未有定论。对于气水射流方式，市面上的射流器种类多，但缺乏相关评价标准，因此需要在应用于实际工程前进行射流器筛选。另外，对于各行业产生的不同污水，其最优化臭氧投加量、臭氧氧化时间需经过试验验证再进行实际工程设计和臭氧发生器设备选型。因此，需要一套臭氧氧化处理污水的试验装置，用于对包括以上所述的技术问题在内的多种不确定问题进行验证。
现有技术中，CN203910143U提供了一种臭氧水处理室内试验装置，其可实现小规模连续运行处理油田污水并进行臭氧氧化法处理不同类型油田难降解污水的可行性分析，但其仅能固定在室内进行，并且只能进行小水量操作，否则需要进行大批量运水，而且，其并不能针对对催化剂、气水混合方式等进行试验。此外，CN101734781A公开了一种臭氧净化污水试验装置，该装置采用组合式的罐体结构，易于装拆运输，但其仅仅采用单一的气水顺流的混合方式，且不能试验不同催化剂的性能。
由此可见，设计并提供一种能够快速便捷地用于筛选催化剂种类、射流器类型、确定最佳气水混合方式、确定臭氧氧化最优工艺参数等的臭氧氧化处理污水的试验装置能够满足污水处理领域的工程技术人员的迫切需求。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，为了能够快速便捷地筛选催化剂种类、射流器类型、确定最佳气水混合方式、确定臭氧氧化最优工艺参数等工况参数，发明人设计并配置了一套设置于集装箱内的一体化的臭氧氧化处理污水的试验装置，该套试验装置可被方便地运输至污水处理现场，以进行工况对比运行，并最终确定最优化的工况参数;该套试验装置可供调节的工况至少包括：多塔串并联，气液顺逆流，气液混合方式(气体曝气盘进气，气液射流器混合进气)，催化剂种类和用量，液体水力停留时间。
具体地，本实用新型提供了一种集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置，在集装箱内包括：
污水进水泵1，臭氧氧化塔2，臭氧氧化塔3，臭氧氧化塔4，射流泵5，射流泵6，射流泵7，臭氧发生系统8，产水储水罐9，臭氧尾气破坏系统10，臭氧氧化塔液位调节结构11，串/并联进水阀门12，臭氧氧化塔2/3串联开关阀13，臭氧氧化塔3/4串联开关阀14，臭氧氧化塔2并联出水阀15，臭氧氧化塔3并联出水阀16;用于控制集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置的集装箱控制柜19，以及若干管线和阀门;其中，集装箱控制柜19通常为PLC控制柜，可切换全自动和手动运行，同时可通过PLC系统中的传感器或检测装置，于PLC控制柜的显示屏上即时显示各工况参数或试验数据;值得一提的是，受限于集装箱高度，且由于单个臭氧氧化塔的有效体积有限，因此，设置了三个规格与材质相同的臭氧氧化塔;
其中，污水进水泵1连接至串/并联进水阀门12，所述串/并联进水阀门12用于切换三个臭氧氧化塔2，3，4之间的进水串/并联状态;
每个所述臭氧氧化塔2，3，4在塔顶各设置有一个上部出水口和一个上部进水口，在塔底也各设置有一个下部出水口和一个下部进水口;并且，每个所述臭氧氧化塔2，3，4在塔底各设置曝气盘进气口、循环出水口和射流进气口，其中，曝气盘进气口连接臭氧曝气盘17，循环出水口连接气液混合射流系统18的进水端，射流进气口连接气液混合射流系统18的气水混合射流端，臭氧发生系统8通过三条臭氧输送管分别连接至曝气盘进气口和气液混合射流系统18的进气端;并且，所述气液混合射流系统18包括：射流流量计、射流器进口压力表、射流器、射流器出口压力表、射流泵5，6，7;由于该试验装置设计进水量小于可形成负压吸气的射流器要求的进水量，因此在所述射流器前连接所述射流泵，用于从臭氧氧化塔内部抽水循环(即从循环出水口抽水);
并且，每个所述臭氧氧化塔2，3，4在塔顶各设置有一个出气口，并联连接至臭氧尾气破坏系统10，用于去除过量的臭氧尾气和废气，防止污染;每个所述臭氧氧化塔2，3，4在塔底还设置有排空管;
其中，设置于每个所述臭氧氧化塔2，3，4的出气口、溢流口、高位报警液位计、上部进水口、布水器、玻璃板式液位计、上部出水口、催化剂投加手孔、长条视镜、催化剂取出手孔、设有水帽的催化剂承接板、射流进气口、下部进水口、下部出水口、循环出水口、排空管相对于塔身自上而下设置;
其中，设置长条视镜是为了实时观察臭氧氧化塔内部的情况，而设置玻璃板式液位计则是为了观察臭氧氧化塔的液位;此外，为防止管路阻塞时，臭氧氧化塔内液位升高以致于液体进入后端的臭氧尾气破坏系统10，于是，在塔体内设置了高位报警液位计和溢流口作为双重保障;
因此，所述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置能够实现气水逆流、气水顺流、气水射流混合等不同的进气进水方式;
所述臭氧氧化塔液位调节结构11包括：一段可旋转的几字型管，所述可旋转的几字型管的顶部设置通气阀，开启后则连通大气。其中，串、并联运行的各出水管最终合并为出水总管，而在该出水总管上即设置有所述臭氧氧化塔液位调节结构11，其能够根据实际运行压损情况调节各臭氧氧化塔的有效液面，且能有效破坏和避免虹吸现象。
由此可见，所述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置具有可测试工况种类多，变更工况方便，便于控制等特点，同时可迅速给出多个工况的对比数据，因此，十分适合于用作工程设计的中试平台，为水处理需求客户提供定制化臭氧氧化工况选择方案，也可作为臭氧氧化设备，直接采用臭氧氧化工艺用于处理污水。
优选地，为提高臭氧的利用效率，在上述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置中，所述臭氧氧化塔2，3，4各自的高径比大于5。
优选地，在上述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置中，所述臭氧氧化塔3与所述臭氧氧化塔4的上部进水口比所述臭氧氧化塔2的上部进水口低25～35cm。这样设置上部进水口，是因为发明人考虑到串联运行时，特别是有催化剂存在时，存在压损的情况。
优选地，在上述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置中，每个所述臭氧氧化塔2，3，4的上部出水口和下部出水口均连接取样阀，以便于取样分析;并且，每个所述臭氧氧化塔2，3，4的上部出水口内均设置拦截筛网，以防止催化剂流失。例如，设置孔径为3mm的拦截筛网。
优选地，在上述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置中，每个所述臭氧氧化塔2，3，4内设置除沫器，且所述除沫器设置在所述出气口之下，且高于所述溢流口。该除沫器的设置是为了防止或减少某些臭氧曝气时会产生泡沫的水样，另一方面也可以减少尾气携带的水分对臭氧尾气破坏系统10的臭氧破坏器中的催化剂和风机造成损害。
优选地，在上述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置中，每条所述臭氧输送管均包含一段几字型臭氧输送管，所述几字型臭氧输送管的最高处平齐于或高于每个所述臭氧氧化塔2，3，4的出气口。由于所述几字型臭氧输送管的最高处平齐于或高于每个所述臭氧氧化塔的最高处，该结构确保了该几字型臭氧输送管的最高处高于臭氧氧化塔内的液面，且保证即使调节塔内液面时也不会出现液面高于该几字型臭氧输送管的最高处的情况，从而最终防止液体倒流进入所述臭氧发生系统8。
优选地，在上述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置中，每条所述臭氧输送管上均设置有针型调节阀和转子流量计，用于调节进气流量。
进一步优选地，在上述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置中，所述臭氧氧化塔2，3，4的塔身材质为316L不锈钢。
进一步优选地，在上述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置中，所述臭氧氧化塔2，3，4的塔身为可拆卸式三层叠置结构，包括：上部塔体，中部塔体，下部塔体;因此，该试验装置便于拆卸与组合，从而便于运输与检修。
值得说明的是，在所述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置中，当然还可包括上文中没有提及的其它的常规检测设备或控制阀门等;此外，在所述臭氧氧化塔的气体管路上可连接臭氧气体浓度测量系统，可通过阀门切换，对进气臭氧浓度、反应塔出口气体浓度进行检测，还可设有集装箱内部空气的臭氧浓度监测报警系统以及联动关闭臭氧发生系统8中的臭氧反应器的自控系统，以保障操作人员的人身安全。此外，在集装箱内，还可设置由PLC系统控制运行的冷水机20，吸干机21，冷干机22，空压机23等与电气控制相关的设备;例如，其中的空压机23用于提供空气动力，冷干机22用于空气源气体的冷冻干燥，吸干机21用于空气源气体的吸附干燥，而冷水机20则用于臭氧发生系统内的气体冷却。
综上所述，本实用新型提供的集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置与现有技术相比主要具有以下显著技术优势：
(a)臭氧氧化塔内设置有催化剂投加手孔、催化剂取出手孔、设有水帽的催化剂承接板，可实现催化剂的投加、出料、承接与拦截，在三个臭氧氧化塔并联时，能够平行对比三种催化剂的催化效果、稳定性等性能，从而方便工程应用中催化剂的筛选或者催化剂研发过程中的性能验证。
(b)设置气液混合射流系统，能够将水从臭氧氧化塔的循环出水口抽出，先后经射流泵与射流器，再流入射流进气口以进入臭氧氧化塔内部，完成臭氧氧化塔内部水流循环，因此，该试验装置可不受限于进水流量，在三个臭氧氧化塔并联时，可平行对比三种射流器的气水混合效果、污染物去除效果等性能，方便工程应用中射流器的选型或射流器生产研发过程中的性能验证。
(c)管路设计排布优化，可实现气水顺流、气水逆流、气水射流混合进水三种进水方式效果的对比;该试验装置可实现三个臭氧氧化塔串联功能，每个塔出口均设取样阀，可对于不同进水水质进行不同HRT后的出水样进行测试，进而确定HRT;该试验装置也可实现三个臭氧氧化塔并联功能，用于进行各种平行对比试验，例如，以上(a)、(b)中论述的技术效果。
(d)所述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置也可单塔序批式运行，用于对于不同的进水水质确定最佳的臭氧进气量、臭氧浓度、臭氧氧化停留时间。
(e)在出水总管上设置的臭氧氧化塔液位调节结构包括一段可旋转的几字型管，其顶部设置通气阀，开启后则连通大气;因此，该臭氧氧化塔液位调节结构能够根据实际运行压损情况调节各臭氧氧化塔的有效液面，且能有效破坏和避免虹吸现象，并达到为实际工程运行提供压损数据的目的;与此同时，该液位调节结构通过调节各臭氧氧化塔的液面高度，还可有效改变高径比，从而为高径比的优化选择提供实际工程参考。
总之，该套试验装置可供调节的工况至少包括：多塔串并联，气液顺逆流，气液混合方式(气体曝气盘进气，气液射流器混合进气)，催化剂种类和用量，液体水力停留时间，臭氧进气量、臭氧浓度、臭氧氧化停留时间等，从而综合评价确定最佳工况参数;因此，所述集装箱式臭氧氧化处理污水的试验装置具有良好的应用前景，例如，为污水处理工程师提供工程设计所需的设备选型、工况参数确定等试验数据，或者直接为催化剂研发厂家提供催化剂性能中试验证平台，或者为射流器研发厂家提供射流器性能中试验证平台。
