申请日2014.12.15
公开(公告)日2015.04.01
IPC分类号C02F1/78
摘要
本发明公开了一种外循环污水处理臭氧催化氧化反应器，反应器上设有尾气管和污水出水管，尾气管和出水管上均设有回流管，且尾气回流管和污水回流管分别连通至水射器的气相进口和水相进口，水射器出口通过管路连通至反应器内。本发明还公开了一种污水处理方法，用所述外循环污水处理臭氧催化氧化反应器，将处理过的污水和尾气回流，充分利用污水中溶解的臭氧和尾气中剩余的臭氧再次进行催化氧化反应，提高污水处理深度，大幅度提高臭氧利用率，提高污水处理深度。
摘要附图
权利要求书
1.一种外循环污水处理臭氧催化氧化反应器，反应器上设有尾气管和污 水出水管，其特征在于：尾气管和出水管上均设有回流管，且尾气回流管和污 水回流管分别连通至水射器的气相进口和水相进口，水射器出口通过管路连通 至反应器内。
2.根据权利要求1所述的外循环污水处理臭氧催化氧化反应器，其特征 在于：反应器内设有回流水\气分布器，所述水射器的出口通过管路连通至回 流水\气分布器;尾气管排出口与尾气回流管之间设有尾气控制阀，尾气回流 管上设有回流尾气控制阀;出水管排出口与污水回流管之间设有污水控制阀， 污水回流管上设有回流污水控制阀和回流水增压泵。
3.根据权利要求2所述的外循环污水处理臭氧催化氧化反应器，其特征 在于：反应器内部自底部向上依次设置有臭氧分布器、进水分布器、所述回流 水\气分布器、催化剂支撑格栅、催化剂垫层和催化剂床层，反应器顶部设置 有尾气收集罩，尾气收集罩顶部连通所述尾气管，尾气管排出口与尾气控制阀 之间连通有臭氧分解器;臭氧分布器连通臭氧进气管，进水分布器连通进水管， 进水管上设有进水增压泵。
4.根据权利要求3所述的外循环污水处理臭氧催化氧化反应器，其特征 在于：反应器内催化剂支撑格栅下方还设置有反冲洗进水管和反冲洗进气管， 在反应器上位于催化剂床层上方的位置设有反冲洗排水管。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的外循环污水处理臭氧催化氧化反应 器，其特征在于：在所述反应器的尾气收集罩与反应器筒体衔接部设置有一圈 溢流堰，溢流堰与所述出水管相连通。
6.一种污水处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)待处理污水经过进水管后通过进水布水器均匀的分布在外循环污水 处理臭氧催化氧化反应器下部，臭氧经过臭氧进气管后通过臭氧分布器均匀的 分布在反应器底部，待处理污水和臭氧向上流经催化剂床层，在催化剂床层内 发生臭氧催化氧化反应;
(2)经步骤(1)处理过的污水溢流进入出水管，污水一部分经出水管排 出口排出到外部，另一部分经过污水回流管进入水射器;步骤(1)反应过程 中产生的尾气经尾气收集罩收集后进入尾气管，尾气一部分排出至外部，另一 部分尾气经过尾气回流管进入水射器;
(3)回流的污水和尾气在水射器内混合形成气水混合物并通过管路回流 至反应器内的回流水\气分布器内再次参加催化氧化反应。
7.根据权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于还包括如下步骤：
(4)催化氧化反应运行6～7天后，先通过反冲洗进气管向臭氧催化氧化 反应器内催化剂床层下方进气对催化剂床层进行单独气洗，之后不停止气洗的 同时再通过反冲洗进水管进水对催化剂床层进行气\水联合反洗，最后停止进 气，通过反冲洗进水管进水对催化剂床层进行单独水洗;
(5)将步骤(4)所产生的反洗水由反冲洗排水管排出，反洗废气由尾气 管排出。
8.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于：步骤(4)中单独 气洗时间为3～10分钟，气洗强度为12～25L/(m2·s);气\水联合反洗时间 为3～5分钟，气洗强度10～15L/(m2·s)、水洗强度4～6L/(m2·s);单 独水洗时间为3～10分钟，水洗强度8～16L/(m2·s)。
9.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于：反应器尾气回流 比为200～400%：污水回流比为200～400%。
10.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于：反应器有效水力 停留时间为0.5～1.0小时。
说明书
外循环污水处理臭氧催化氧化反应器及污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种污水处理臭氧催化氧化反应器， 尤其是污水和尾气循环的臭氧催化氧化反应器，具体为一种外循环污水处理 臭氧催化氧化反应器及污水处理方法。
背景技术
为了应对日益恶化的生态环境，国家不断颁布更为严格的环境保护标准， 对污水处理的要求也在不断的提高。在当前水污染严重、水资源紧缺的情况 下，节能减排、污水达标排放以及污水回用成为生产企业的一项重要工作。 以往传统的污水处理技术已经难以满足日益严格的污水排放标准和污水回用 的要求，从而提出了污水深度处理的技术需求。
高级氧化技术是一项新兴的水处理技术，能在反应过程中产生羟基自由 基等强氧化自由基团，大大提高了氧化能力，有效的降解了水中的污染物。 作为高级氧化技术之一，臭氧氧化或者臭氧催化氧化概念于上世纪90年代被 提出后得到了较快的发展，不论臭氧氧化或者臭氧催化氧化，均有工业化案 例在运行。
臭氧催化氧化目前主要采用穿孔管或微孔曝气的方式将臭氧通入水中， 由于臭氧在污水中形成的气泡较大，且溶解率较低，从而导致臭氧利用率低， 外排尾气中含臭氧含量较多。
为提高臭氧利用率以及污水处理效率，目前普遍采用臭氧催化氧化的方 式进行污水处理。臭氧催化氧化已经成功应用于污水深度处理、污水回用以 及高浓度难生化污水预处理等方面，其臭氧利用率及污水处理效率较单独臭 氧氧化有较大提高。然而目前臭氧催化氧化的研究主要集中在催化剂研发方 面，开发出了不同载体和负载不同活性组分的催化剂，如以活性炭、活性氧 化铝或分子筛等为载体，负载MnO、CuO、ZnO、TiO2、CeO2、SeO2等多达十余 种活性组分，进行不同组合研制出的催化剂;所开发出的催化剂不同，处理 效果各有差异。目前各研究机构将研发重点放在开发高效催化剂以提高臭氧 利用率和污水处理效率上，而很少有通过研究、设计开发高效反应器来提高 臭氧利用率和污水处理效率的。目前研究和应用的反应器主要为两种，一种 是污水\臭氧同向流动，由反应器底部自下而上通过反应器催化剂床层，发生 催化氧化反应;另一种是污水\臭氧逆向流动，污水自上而下、臭氧自下而上 通过反应器床层，发生催化氧化反应。
现有的臭氧催化氧化反应器存在的主要问题有：
(1)污水反应后尾气中未溶解、反应的臭氧未回收，经臭氧分解器处理 后排放，造成臭氧的浪费;
(2)污水中未来得及反应的溶解性臭氧被直接排出，如果后续污水处理 接有生物处理单元，还需对污水进行曝气等处理，将臭氧吹脱，一方面增加 了处理工序，另一方面造成了臭氧的浪费;
(3)污水在反应器内停留时间一般为0.5～1.0小时，污水中部分难氧 化物质未来及被氧化就被排出，反应深度不够，导致污水处理效率不高。
中国专利文献CN203625104U公开的一种炼油污水臭氧催化氧化深度处 理装置，是采用两个臭氧催化塔串联，按污水处理流程第一个臭氧催化氧化 塔采用高压，第二个臭氧催化氧化塔采用常压，其原理是通过第一个高压臭 氧催化氧化塔，利用高压、高浓度臭氧先将大分子污染物降解为小分子污染 物，再用低压、低浓度臭氧降解小分子污染物。其本质实际是通过采用两个 臭氧催化氧化塔提高臭氧与污水接触时间以提高污染物催化氧化程度，而初 期氧化是通过高压、高浓度臭氧来完成，即提高臭氧与污水或污染物的比例， 而最终常压臭氧催化氧化塔中的尾气中臭氧含量是受常压臭氧催化氧化塔的 工艺条件决定，因此这种方式可以提高污水中污染物的处理程度，但并不能 真正降低尾气中臭氧浓度即臭氧排放量，即臭氧利用率并未真正提高。同时， 由于采用两个塔特别是第一个为高压塔，设备投资成倍增加，且不易操作。
中国专利文献CN203625105U公开的一种炼油污水臭氧催化氧化预处理 装置也是采用两个塔即预氧化塔和催化氧化塔串联，与CN203625105U不同的 时其污水与臭氧是逆流接触，包括在塔内逆流，以及在两个塔之间也是逆流， 即污水从预氧化塔到催化氧化塔，而臭氧是从催化氧化塔到预氧化塔。其不 足仍然是增加了设备投资和操作难度，而且从催化氧化塔出来的尾气中臭氧 浓度(含量)降低后在预氧化塔内氧化作用减弱，因此其预氧化塔效率较低， 通过增加这一个塔来提高臭氧利用率与其投资相比经济上并不占优势。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于针对上述现有催化氧化反应器存在的问题， 提供一种污水\尾气外循环臭氧催化氧化反应器，用于污水的深度处理、污水 回用以及高浓度难生化污水预处理等领域，较之传统的臭氧催化氧化反应器， 大幅度提高臭氧利用率，增加反应深度，提高污水处理效率。
本发明是这样实现的：
一种外循环污水处理臭氧催化氧化反应器，反应器上设有尾气管和污水 出水管，其特征在于：尾气管和出水管上均设有回流管，且尾气回流管和污 水回流管分别连通至水射器的气相进口和水相进口，水射器出口通过管路连 通至反应器内。
更进一步地，反应器内设有回流水\气分布器，所述水射器的出口通过管 路连通至回流水\气分布器;尾气管排出口与尾气回流管之间设有尾气控制 阀，尾气回流管上设有回流尾气控制阀;出水管排出口与污水回流管之间设 有污水控制阀，污水回流管上设有回流污水控制阀和回流水增压泵。
更进一步地，反应器内部自底部向上依次设置有臭氧分布器、进水分布 器、所述回流水\气分布器、催化剂支撑格栅、催化剂垫层和催化剂床层，反 应器顶部设置有尾气收集罩，尾气收集罩顶部连通所述尾气管，尾气管排出 口与尾气控制阀之间连通有臭氧分解器;臭氧分布器连通臭氧进气管，进水 分布器连通进水管，进水管上设有进水增压泵。
更进一步地，反应器内催化剂支撑格栅下方还设置有反冲洗进水管和反 冲洗进气管，在反应器上位于催化剂床层上方的位置设有反冲洗排水管。
更进一步地，在所述反应器的尾气收集罩与反应器筒体衔接部设置有一 圈溢流堰，溢流堰与所述出水管相连通。
一种利用上述外循环污水处理臭氧催化氧化反应器处理污水的污水处理 方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)待处理污水经过进水管后通过进水布水器均匀的分布在外循环污水 处理臭氧催化氧化反应器下部，臭氧经过臭氧进气管后通过臭氧分布器均匀 的分布在反应器底部，待处理污水和臭氧上流经催化剂床层，在催化剂床层 内发生臭氧催化氧化反应;
(2)经步骤(1)处理过的污水溢流进入出水管，污水一部分经出水管 排出口排出到外部，另一部分经过污水回流管进入水射器;步骤(1)反应过 程中产生的尾气经尾气收集罩收集后进入尾气管，尾气一部分经尾气管路上 臭氧分解器处理后排出至外部，另一部分尾气经过尾气回流管进入水射器;
(3)回流的污水和尾气在水射器内混合形成气水混合物并通过管路回流 至反应器内的回流水\气分布器内再次参加催化氧化反应。
在本发明所述的污水处理方法中，还包括如下步骤：
(4)催化氧化反应运行6～7天后，先通过反冲洗进气管向臭氧催化氧 化反应器内催化剂床层下方进气对催化剂床层进行单独气洗，不停止气洗的 同时再通过反冲洗进水管进水对催化剂床层进行气\水联合反洗，最后停止进 气，通过反冲洗进水管进水对催化剂床层进行单独水洗;
(5)将步骤(4)所产生的反洗水由反冲洗排水管排出，反洗废气由尾 气管排出。
本发明所述的污水处理方法中，步骤(4)中单独气洗时间为3～10分钟， 气洗强度为12～25L/(m2·s);气\水联合反洗时间为3～5分钟，气洗强度 10～15L/(m2·s)、水洗强度4～6L/(m2·s);单独水洗时间为3～10分 钟，水洗强度8～16L/(m2·s)。
本发明所述的污水处理方法中，反应器尾气回流比为200～400%：污水 回流比为200～400%。
本发明所述的污水处理方法中，反应器有效水力停留时间为0.5～1.0 小时。
本发明的有益效果为提供了一种外循环污水处理臭氧催化氧化反应器及 利用该反应器进行污水处理的方法，将处理过的污水和尾气回流，充分利用 污水中溶解的臭氧和尾气中剩余的臭氧再次进行催化氧化反应，提高污水处 理深度，大幅度提高臭氧利用率，能够满足尾气达标排放，绿色环保，节约 资源;催化剂床层清洗方便，延长催化剂使用寿命，并且及时快捷清洗去除 悬浮物，提高了催化氧化反应效率;设备结构简单、操作方便，利用率高， 投资低。
