申请日2017.08.07
公开(公告)日2017.10.24
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开了一种藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法及装置，污水由装置上部以均匀布水形式进入反应器内，在上层填料中与下层剩余的臭氧充分接触，预处理去除掉污水中易处理的污染物。经臭氧预处理污水经再次均匀布水进入下层催化剂填料部分，进行催化臭氧的深度处理，之后污水流入静置缓冲区进行臭氧的自然脱出和衰减由排水管路排除。本发明采取上进水下进气的逆向流形式提高气液传质效率，同时利用分段耦合的形式，以催化部分剩余臭氧在上段填料中对污水进行预处理，去除了污水中臭氧易处理污染物，增强了催化部分生成的羟基自由基对难降解污染物的针对性，不仅提高了对臭氧的利用率，而且提高了催化部分处理效率和水质的整体改善效果。
权利要求书
1.一种藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)臭氧预处理：污水均匀分布上层填料中，与臭氧充分接触氧化去除易降解污染物后得到预处理水;
(2)催化臭氧处理：预处理水均匀分布在下层催化剂填料中，臭氧被催化生成羟基自由基去除难降解污染物得到处理水;
(3)脱除臭氧：处理水过滤后进入缓冲区进行臭氧的自然脱出和衰减后排出。
2.根据权利要求1所述的藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法，其特征在于，(2)催化臭氧处理步骤中，所述下层催化剂填料为以γ-Al2O3为载体负载锰铈复合氧化物的催化剂，通过浸渍法制备，所述锰铈复合氧化物中锰/铈摩尔比为0.5-2，煅烧终温为600℃，催化剂填料直径为3～5mm，催化反应的有效pH值范围为5-9。
3.根据权利要求2所述的藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法，其特征在于，所述锰铈复合氧化物中锰/铈摩尔比为1:2，催化反应的有效pH值为7。
4.根据权利要求1至3中任意一条所述的藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法，其特征在于，臭氧从下层催化剂填料处均匀布气，保持下层催化剂填料处污水中的臭氧浓度为50-200mg/L，与催化剂接触进行催化臭氧反应;未反应的臭氧向上进入上层填料进行臭氧预处理，保持上层填料处污水中臭氧浓度为5-20mg/L。
5.根据权利要求4所述的藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法，其特征在于，臭氧从上层填料处均匀布气，与来自下层催化剂填料处的臭氧共同进行臭氧预处理，保持上层填料处污水中臭氧浓度为5-20mg/L。
6.根据权利要求5所述的藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法，其特征在于，(3)脱除臭氧步骤中还包括臭氧超量时，主动破坏臭氧进行尾气处理。
7.一种藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水装置，使用权利要求6所述的藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法，其特征在于，包括：进水系统，污水臭氧预处理系统，臭氧发生系统，催化臭氧氧化系统，出水系统和臭氧破坏装置;
所述进水系统，位于反应器外，包括污水进水阀门(1)和水质监测装置(2)，污水进水阀门(1)用于控制进水量，水质监测装置(2)用于监测污水指标;
所述污水臭氧化预处理系统包括布水装置(4)，上层填料(5)，上层布气装置(6)，所述布气装置(6)位于上层填料(5)正下方，连接臭氧发生系统中的臭氧发生装置(14);
所述催化臭氧氧化系统，包括液体再分布器(7)，水质在线监测系统(15)，催化剂床层(8)和下层布气装置(9);
所述臭氧发生系统包括臭氧发生装置(14)和输送气体阀门(13);
出水系统包括出水滤头(10)，反冲洗阀门(11)，出水阀门(12)和出水流量计(17);
所述臭氧破坏系统包括臭氧破坏装置(3)和臭氧浓度检测装置(16)。
8.根据权利要求7所述的藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水装置，其特征在于，所述布水装置(4)的直径为反应器内径的三分之二;所述上层布气装置(6)的直径为反应器内径的二分之一。
9.根据权利要求8所述的藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水装置，其特征在于，所述藕合式非均相催化臭氧氧化污水处理装置还包括分别与所述上层布气装置(6)和下层布气装置(9)通过管路连接的两个臭氧流量计，用于控制臭氧投加量。
10.根据权利要求9所述的藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水装置，其特征在于，所述上层填料(5)为比表面积大且多孔耐臭氧的材料。
说明书
一种藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法及装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其是，公开了一种藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法及装置。
背景技术
随着工业的日益发展，污水的产量逐年剧增。同时，污水成分的复杂化使得传统的污水处理工艺很难达到人们对水质的要求，水体中一些有毒，有害的物质难以得到有效的去除。作为针对复杂成分水的有效手段，高级氧化法以其高效快速改善水质的特点得到了广泛的推广应用。其中，催化臭氧氧化技术在兼具一般高级氧化技术的优点的同时还具有效果稳定，无需二次处理，工艺操作简单等特点。
臭氧以其较强的氧化性，在污水处理行业很早就得到了人们的关注，但是单纯应用臭氧处理，臭氧利用率低，运行费用昂贵，且臭氧具有的选择性限制了臭氧对污水的处理能力。非均相催化剂对臭氧进行催化处理，使其转变为高效且无选择性的羟基自由基。这极大的增强了臭氧在污水处理中的应用价值。同时非均相催化剂具有高效催化，稳定不易流失，无二次污染，可再生等特点。以上特点使得非均相催化在工业中应用价值远超于均相催化。因此，对于非均相催化氧化工艺及装置的研究已成为水处理行业关注的热点。
传统的非均相催化臭氧氧化工艺往往采取全程催化氧化的形式，对臭氧的利用率不高;而针对未反应的臭氧尾气采取破碎处理的形式造成了资源的浪费同时增加了成本。此外，催化臭氧工艺中常用的气液同向的传质形式更是降低了工艺中气液的传质效率，造成了臭氧利用率不高。污水未经任何预处理直接进行催化臭氧氧化的处理阶段使得高效的羟基自由基未能有效的针对难降解物质进行处理，这也是造成现有臭氧工艺污水处理效率低下的重要原因。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法及装置。
一种藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水方法，包括以下步骤：
(1)臭氧预处理：污水均匀分布上层填料中，与臭氧充分接触氧化去除易降解污染物后得到预处理水;
(2)催化臭氧处理：预处理水均匀分布在下层催化剂填料中，臭氧被催化生成羟基自由基去除难降解污染物得到处理水;
(3)脱除臭氧：处理水过滤后进入缓冲区进行臭氧的自然脱出和衰减后排出。
优选的，(2)催化臭氧处理步骤中，所述下层催化剂填料为以γ-Al2O3为载体负载锰铈复合氧化物的催化剂，通过浸渍法制备，所述锰铈复合氧化物中锰/铈摩尔比为0.5-2，煅烧终温为600℃，催化剂填料直径为3～5mm，催化反应的有效pH值范围为5-9。
优选的，所述锰铈复合氧化物中锰/铈摩尔比为1:2，催化反应的有效pH值为7。
优选的，臭氧从下层催化剂填料处均匀布气，保持下层催化剂填料处污水中的臭氧浓度为50-200mg/L，与催化剂接触进行催化臭氧反应;未反应的臭氧向上进入上层填料进行臭氧预处理，保持上层填料处污水中臭氧浓度为5-20mg/L。
优选的，臭氧从上层填料处均匀布气，与来自下层催化剂填料处的臭氧共同进行臭氧预处理，保持上层填料处污水中臭氧浓度为5-20mg/L。
优选的，(3)脱除臭氧步骤中还包括臭氧超量时，主动破坏臭氧进行尾气处理。
一种藕合式非均相催化臭氧高效深度处理污水装置，包括：进水系统，污水臭氧预处理系统，臭氧发生系统，催化臭氧氧化系统，出水系统和臭氧破坏装置;
所述进水系统，位于反应器外，包括污水进水阀门(1)和水质监测装置(2)，污水进水阀门(1)用于控制进水量，水质监测装置(2)用于监测污水指标;
所述污水臭氧化预处理系统包括布水装置(4)，上层填料(5)，上层布气装置(6)，所述布气装置(6)位于上层填料(5)正下方，连接臭氧发生系统中的臭氧发生装置(14);
所述催化臭氧氧化系统，包括液体再分布器(7)，水质在线监测系统(15)，催化剂床层(8)和下层布气装置(9);
所述臭氧发生系统包括臭氧发生装置(14)和输送气体阀门(13);
出水系统包括出水滤头(10)，反冲洗阀门(11)，出水阀门(12)和出水流量计(17);
所述臭氧破坏系统包括臭氧破坏装置(3)和臭氧浓度检测装置(16)。
优选的，所述布水装置(4)的直径为反应器内径的三分之二;所述上层布气装置(6)的直径为反应器内径的二分之一。
优选的，所述藕合式非均相催化臭氧氧化污水处理装置还包括分别与所述上层布气装置(6)和下层布气装置(9)通过管路连接的两个臭氧流量计，用于控制臭氧投加量。
优选的，所述上层填料(5)为比表面积大且多孔耐臭氧的材料。
所述藕合式非均相催化臭氧氧化污水处理装置为连续运行装置，于进水和出水出均设有流量计，用于控制进水、出水量，调节停留时间。所述藕合式非均相催化臭氧氧化污水处理在进水管路和臭氧预处理过程后均设有水质监测系统，用于监控水质条件，便于调控;在尾气排出管路连接臭氧浓度检测装置，用于监测尾气臭氧浓度，调节臭氧破坏装置的开关。所述工艺进行催化剂清洗时，关闭出水阀门，由反冲洗阀门进水进行反冲洗。
本发明公开的工艺及装置针对以往工艺臭氧利用率低，气液同向传质效率差，催化部分处理效率不高的缺点，采取上进水下进气的逆向流形式提高气液传质效率，同时利用分段耦合的形式，以催化部分剩余臭氧在上段填料中对污水进行预处理，去除了污水中臭氧易处理污染物，增强了催化部分生成的羟基自由基对难降解污染物的针对性，不仅提高了对臭氧的利用率，而且提高了催化部分处理效率和水质的整体改善效果。
