CN117843075A - 一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置包括臭氧发生系统、催化反应系统、水冷却系统；臭氧发生系统与催化反应系统侧方底部相连，水冷却系统与催化反应系统的底部相连；臭氧发生系统包括空气泵、空气过滤机、臭氧机、布气管道；催化反应系统包括：反应箱、紫外灯、催化剂填料柱、保温层、进水口、出水口、逸气管、臭氧尾气吸收器；一种臭氧光催化高浓度有机污水的方法为将光催化剂与活性炭按照1:2的质量比混掺均匀，装入催化剂填料柱，将高浓度有机废水通过催化反应系统进水口灌入反应箱，水温达到阈值时，开启紫外灯，启动臭氧发生系统，处理后的有机污水通过催化反应系统出水口排出反应箱。本发明具有设备成本、低效率高、能耗低、无二次污染优点。

Description

一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置和方法

技术领域：

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置和方法。

背景技术：

高浓度有机废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等大分子有机物，其主要特点为有机污染物浓度高，COD值一般在2000mg/L以上，有的甚至达到几万乃至几十万mg/L且成分十分复杂、难降解，通常含有香族化合物和杂环化合物等毒性物质,同时还可能伴有硫化物、氮化物、重金属以及有毒有机物等，给周边环境造成不良影响。目前，治理高浓度有机污水的方法主要是生化处理法、化学氧化或膜分离技术，但这些方法或需大量的设备投入，处理成本高昂，或需要大量能源的供给，增加了处理过程的能源消耗，或是处理效率低下。

发明内容：

针对上述问题，本发明设计了一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置和方法，以达到高效简单的高浓度有机污水处理的目的。

一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置，所述装置包括臭氧发生系统、催化反应系统、水冷却系统；臭氧发生系统与催化反应系统侧方底部相连，水冷却系统与催化反应系统的底部相连；其中，所述臭氧发生系统包括空气泵、空气过滤机、臭氧机、布气管道；臭氧机出气口通过布气管道与催化反应系统侧方底部相连，布气管道置于催化反应系统内部底端，空气过滤机出气口与臭氧机进气口相连，空气泵的出气口与空气过滤机进气口相连；所述催化反应系统包括：反应箱、紫外灯、催化剂填料柱、保温层、进水口、出水口、逸气管、臭氧尾气吸收器；反应箱包裹在保温层内，保温层每一面的厚度相等，紫外灯竖向固定在箱体内部，紫外灯上端与反应箱箱体内部顶端相接，催化剂填料柱竖向固定在箱体内部，催化剂填料柱上端与反应箱箱体内部顶端相接，进水口设于反应箱箱体底端，出水口设于反应箱箱体侧方顶部，逸气口设于反应箱箱体顶端，逸气口与臭氧尾气吸收器相通；水冷却系统与催化反应系统出水口相连。

优选的，所述臭氧发生系统还包括气体流量计与干燥箱；干燥箱出气口与臭氧机进气口相连，空气过滤机出气口与干燥箱进气口相连，气体流量计设于干燥箱与臭氧机之间的管道上。

优选的，所述催化剂填料柱为不锈钢滤网式圆筒。

优选的，所述催化反应系统包括两个催化剂填料柱，分布在紫外灯两侧。

优选的，所述臭氧发生系统还包括配电箱，配电箱与臭氧机电性连接。

优选的，所述臭氧光催化高浓度有机污水的装置还包括温度控制器，所述温度控制器与所述保温层电性相连。

一种臭氧光催化高浓度有机污水的方法，将光催化剂与活性炭按照(0.5～1.5):(1～3)的质量比混掺均匀，装入催化剂填料柱，将高浓度有机废水通过催化反应系统进水口灌入反应箱，水温达到阈值时，开启紫外灯，启动臭氧发生系统，处理后的有机污水通过催化反应系统出水口排出反应箱。

优选的，所述光催化剂为TiO₂，光催化剂与活性炭的质量比为1:2。

优选的，采用硫代硫酸钠溶液吸收臭氧尾气。

本方法设计的一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置和方法，采用臭氧氧化及光催化复合方法高效处理高浓度有机污水，溶入臭氧的污水在紫外光辐射的条件下产生羟基自由基(·OH)，在光催化作用下，氧化性能增强。对于水中微生物而言，自由基作用于细菌细胞膜，使膜构成成份受损伤，导致新陈代谢受阻，膜内脂蛋白和脂多糖被破坏，导致细胞溶解、死亡。紫外线对微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体)的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到杀菌消毒的目的。同时，在光催化剂作用下，羟基自由基获得极高的氧化电位(2.8eV)，其氧化能力增强，除能杀死红细胞外，还可降解DNA、细胞膜残体和多糖化合物，并与大多数有机污染物发生快速的链式反应，无选择性地把有害物质氧化成CO₂、H₂O或矿物盐。在本方法公开的装置及方法中，利用臭氧氧化、光催化技术的特有优势，设备简易可实施，具有效率高、能耗低、无二次污染等优点。

附图说明：

附图1是本发明提供的一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置图。

图中：臭氧发生系统2、催化反应系统1、水冷却系统3、保温层11、反应箱12、催化剂填料柱13、紫外灯14、进水口15、出水口16、逸气口17、臭氧尾气吸收器18、温度控制器19、臭氧机21、布气管道22、气体流量计23、干燥箱24、空气过滤机25、空气泵26、配电箱27。

具体实施方式：

为了使本发明技术方案更容易理解，现结合具体实施例的方式对本发明公开的一种基于MLP的血管增强方法进行清晰、完整的描述。

一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置，所述装置包括臭氧发生系统2、催化反应系统1、水冷却系统3；臭氧发生系统2与催化反应系统1侧方底部相连，水冷却系统3与催化反应系统1的底部相连；其中，所述臭氧发生系统2包括空气泵26、空气过滤机25、臭氧机21、布气管道22；臭氧机21出气口通过布气管道22与催化反应系统1侧方底部相连，布气管道22置于催化反应系统1内部底端，空气过滤机25出气口与臭氧机21进气口相连，空气泵26的出气口与空气过滤机25进气口相连；所述催化反应系统1包括：反应箱12、紫外灯14、催化剂填料柱13、保温层11、进水口15、出水口16、逸气管、臭氧尾气吸收器18；反应箱12包裹在保温层11内，保温层11每一面的厚度相等，紫外灯14竖向固定在箱体内部，紫外灯14上端与反应箱12箱体内部顶端相接，催化剂填料柱13竖向固定在箱体内部，催化剂填料柱13上端与反应箱12箱体内部顶端相接，进水口15设于反应箱12箱体底端，出水口16设于反应箱12箱体侧方顶部，逸气口17设于反应箱12箱体顶端，逸气口17与臭氧尾气吸收器18相通；水冷却系统3与催化反应系统1出水口16相连。

在本实施方式中，所述臭氧发生系统2还包括气体流量计23与干燥箱24；干燥箱24出气口与臭氧机21进气口相连，空气过滤机25出气口与干燥箱24进气口相连，气体流量计23设于干燥箱24与臭氧机21之间的管道上。

在本实施方式中，所述催化剂填料柱13为不锈钢滤网式圆筒。

在本实施方式中，所述催化反应系统1包括两个催化剂填料柱13，分布在紫外灯14两侧。

在本实施方式中，所述臭氧发生系统2还包括配电箱27，配电箱27与臭氧机21电性连接。

在本实施方式方式中，所述臭氧光催化高浓度有机污水的装置还包括温度控制器19，所述温度控制器19与所述保温层11电性相连。

一种臭氧光催化高浓度有机污水的方法，将TiO₂催化剂与活性炭按照1:2的质量比混掺均匀，装入催化剂填料柱13，将高浓度有机废水通过催化反应系统1进水口15灌入反应箱12，水温达到阈值时(技术员根据具体使用需要设置)，开启紫外灯13，启动臭氧发生系统2，处理后的有机污水通过催化反应系统2出水口16排出反应箱11，并采用硫代硫酸钠溶液吸收臭氧尾气。

为了更为直观的展示本发明所公开的装置和方法的有益性，本实施例采取实例的方式对本发明做提供的装置和方法进行说明。

在本实施例中，实验污水取自宁夏回族自治区灵武市金岭农牧养殖场污水集水池，取样约1m³，实验过程中根据需要取用，原水水质见表1：

表1：原水水质指标表

污染因子	CODCr	BOD5	NH3-N	TN	TP	pH
							水质指标(mg/L)	18000	6900	630	90	18	8.7

奶牛养殖场污水主要来源为奶牛尿液、粪便、食物残渣、挤奶台冲洗废水及场地冲洗水以及管理工作人员生活污水，产水主要集中在上午6时至12时，下午14时至16时，污水量不均衡。污染物浓度极高，氨氮含量高、含盐量高、残留食物、粪便导致的生物浮渣含量高，污水BOD/COD比值为38.3。

氧化反应在长300mm、宽300mm、高400mm的有机玻璃反应箱11中进行，反应器配备25W低压紫外灯14，可发射254nm单色光，反应箱箱采用25℃循环水保温，采用广东环创臭氧科技有限公司CH-ZTW臭氧机21，外接氧气流量3.3L/min，臭氧产量10g/h，臭氧浓度35-100mg/L，额定功率147W，产品尺寸360×395×152mm，电源要求220V/50Hz，净重7.0kg。用干燥的空气产生臭氧，空气流量控制在5L/min，尾气采用硫代硫酸钠(Na₂S₂O₃)溶液吸收。

将TiO₂光催化剂与活性炭按照1:2重量比混掺均匀，装入催化剂填料柱13，直径100mm，灌入原水，反应箱12外部用保温层11循环水控制温度，水温达到设计值时，开启紫外灯14(人工汞合金灯光源，照射剂量500J/m²)，启动臭氧机21，开始运行测试。每轮运行反应时间为1h。测试结束后换装原水，启动下一轮测试。

记录1h内的进出臭氧质量浓度，并每隔10min取20mL水样用0.45μm滤膜进行过滤后，测定水样CODcr、BOD₅、SS、NH₃-N、和pH指标。结合北方地区气候特征，简便起见，不以季节、月份等时间为变量，而将水温作为变量，分别测试4℃、14℃、24℃、30℃条件下的处理效果，这四种环境温度可体现北方地区四季气候变化特征。表3是在实验室条件下，4轮运行测试实验的均值。

表2：不同环境温度臭氧光催化集成工艺处理效果对照表

对比单一臭氧氧化的处理效果(表3)，采用臭氧光催化集成工艺的处理工艺，污染物去除效率整体提升明显。

应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和宗旨的的前提下，还可以做出若干改进、替换、变型和润饰，这些改进、替换、变型和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置，其特征在于，所述装置包括臭氧发生系统、催化反应系统、水冷却系统；臭氧发生系统与催化反应系统侧方底部相连，水冷却系统与催化反应系统的底部相连；其中，所述臭氧发生系统包括空气泵、空气过滤机、臭氧机、布气管道；臭氧机出气口通过布气管道与催化反应系统侧方底部相连，布气管道置于催化反应系统内部底端，空气过滤机出气口与臭氧机进气口相连，空气泵的出气口与空气过滤机进气口相连；所述催化反应系统包括：反应箱、紫外灯、催化剂填料柱、保温层、进水口、出水口、逸气管、臭氧尾气吸收器；反应箱包裹在保温层内，保温层每一面的厚度相等，紫外灯竖向固定在箱体内部，紫外灯上端与反应箱箱体内部顶端相接，催化剂填料柱竖向固定在箱体内部，催化剂填料柱上端与反应箱箱体内部顶端相接，进水口设于反应箱箱体底端，出水口设于反应箱箱体侧方顶部，逸气口设于反应箱箱体顶端，逸气口与臭氧尾气吸收器相通；水冷却系统与催化反应系统出水口相连。

2.如权利要求1所述的一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置，其特征在于，所述臭氧发生系统还包括气体流量计与干燥箱；干燥箱出气口与臭氧机进气口相连，空气过滤机出气口与干燥箱进气口相连，气体流量计设于干燥箱与臭氧机之间的管道上。

3.如权利要求1所述的一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置，其特征在于，所述催化剂填料柱为不锈钢滤网式圆筒。

4.如权利要求3所述的一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置，其特征在于，所述催化反应系统包括两个催化剂填料柱，分布在紫外灯两侧。

5.如权利要求1所述的一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置，其特征在于，所述臭氧发生系统还包括配电箱，配电箱与臭氧机电性连接。

6.如权利要求1所述的一种臭氧光催化高浓度有机污水的装置，其特征在于，所述臭氧光催化高浓度有机污水的装置还包括温度控制器，所述温度控制器与所述保温层电性相连。

7.一种臭氧光催化高浓度有机污水的方法，其特征在于，将光催化剂与活性炭按照(0.5～1.5):(1～3)的质量比混掺均匀，装入催化剂填料柱，将高浓度有机废水通过催化反应系统进水口灌入反应箱，水温达到阈值时，开启紫外灯，启动臭氧发生系统，处理后的有机污水通过催化反应系统出水口排出反应箱。

8.如权利要求7所述的一种臭氧光催化高浓度有机污水的方法，其特征在于，所述光催化剂为TiO₂，光催化剂与活性炭的质量比为1:2。

9.如权利要求7所述的一种臭氧光催化高浓度有机污水的方法，其特征在于，采用硫代硫酸钠溶液吸收臭氧尾气。