專利名稱：催化臭氧氧化-陶瓷膜過濾深度處理焦化廢水的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種深度處理焦化廢水的新系統(tǒng)，尤其涉及ー種催化臭氧氧化-陶瓷膜過濾深度處理焦化廢水的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
焦化廢水含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等多種高濃度的有毒有害物質(zhì)，它的超標(biāo)排放對人類、水產(chǎn)、農(nóng)作物等構(gòu)成了很大危害，必須經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后方能排放。然而焦化廢水的治理到目前為止仍然是ー項(xiàng)世界性的難題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前有1300多家焦化企業(yè)，其焦化廢水處理大多是以不同形式的A/0エ藝作為生物處理的主體エ藝，出水C0D、色度和濁度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放存在一定的困難，尤其是出水COD超標(biāo)非常普遍，因此必須 采用有效的深度處理工藝。臭氧氧化技術(shù)作為ー種高級氧化技術(shù)，是目前普遍采用的廢水深度處理方法，能夠有效氧化焦化廢水中較多有機(jī)物(如鏈型不飽和化合物、苯酚、喹啉、吡啶、吲哚等)，然而単獨(dú)臭氧氧化對長鏈脂肪烴、小分子有機(jī)酸、酯類和醇類等物質(zhì)的氧化速率較低，而這些物質(zhì)也存于焦化廢水A/0處理工藝的出水中，醇和有機(jī)酸更是許多焦化廢水中有機(jī)物臭氧氧化的中間產(chǎn)物，因此單獨(dú)臭氧氧化深度處理焦化廢水時(shí)COD去除率不高。目前一般采用投加固體催化劑強(qiáng)化臭氧生成羥基自由基來提高臭氧氧化效率，即采用催化臭氧氧化工藝提高臭氧氧化工藝處理廢水的COD或TOC去除率。在催化臭氧氧化エ藝中，高效、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定的催化劑的開發(fā)和應(yīng)用是最關(guān)鍵的問題。已報(bào)道的催化劑包括金屬氧化物(如MnO2, Al2O3, Ce2O3和CexZivxO2)、負(fù)載金屬或金屬氧化物(如Co/A1203, Fe/AC, Ru/AC, Cu/A1203, Fe2O3Al2O3, MnOx/ZrO2 和 Ru02/A1203)和碳材料(如活性炭、碳納米管)。已有的研究證明，臭氧能夠氧化碳材料導(dǎo)致催化劑失活；鐵、錳、銅、鈷等金屬的氧化物浸泡在水中容易發(fā)生金屬組分溶出而導(dǎo)致催化劑失活；Ce02和摻雜Zr的金屬鈰氧化物(CexZr1^xO2)在水中具有非常好的穩(wěn)定性，在催化臭氧氧化過程中也表現(xiàn)出良好的活性，而且通過簡單的共沉淀制備方法就能夠獲得高活性和高穩(wěn)定的CeO2和CexZivxO2粉末催化齊 。目前，粉末催化劑一般是在實(shí)驗(yàn)室的間歇反應(yīng)器中應(yīng)用，實(shí)際水處理工程絕大部分均采用連續(xù)反應(yīng)器和顆粒催化劑，因而粉末催化劑一般要經(jīng)過成型為顆粒催化劑才能夠應(yīng)用于實(shí)際水處理工程。催化臭氧氧化處理廢水過程中，水流對顆粒催化劑表面的剪切力會(huì)讓強(qiáng)度較小的顆粒催化劑逐漸變成粉末井隨水流出反應(yīng)器，從而導(dǎo)致催化劑迅速失活，因而實(shí)際應(yīng)用的顆粒催化劑必須要具備足夠的強(qiáng)度。CeO2和CexZivxO2粉末催化劑要成型為具有較高強(qiáng)度的顆粒催化劑，一般需要經(jīng)過高溫焙燒。但是高溫焙燒會(huì)導(dǎo)致催化劑比表面積急劇變小，尤其是極大的減少了有利于催化臭氧氧化反應(yīng)的介孔和大孔體積，這些均會(huì)導(dǎo)致催化劑活性急劇降低甚至是完全失去活性。這給CeO2和CexZivxO2催化劑的實(shí)際應(yīng)用帶來了極大的障礙。因而，對于CeO2和CexZivxO2催化劑來說，最好是能夠以粉末催化劑形式應(yīng)用于實(shí)際工程中，這就需要改進(jìn)目前常采用的應(yīng)用顆粒催化劑的連續(xù)處理裝置。
催化臭氧氧化深度處理焦化廢水時(shí)采用粉末催化劑相比顆粒催化劑在傳質(zhì)方面存在更多的優(yōu)點(diǎn)。催化臭氧氧化過程涉及到了一系列傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、吸附和脫附等過程，焦化廢水中大多有機(jī)物(例如苯酚、吡啶、喹啉、吲哚等)的臭氧氧化屬于快速反應(yīng)，傳質(zhì)是有機(jī)物氧化的限速步驟。在単獨(dú)臭氧氧化中，當(dāng)氣體流速較大時(shí)，傳質(zhì)阻力小，這些有機(jī)物能夠迅速被去除。采用顆粒催化劑催化臭氧氧化降解這些有機(jī)物時(shí)，顆粒催化劑增加了傳質(zhì)阻力，降低了臭氧接觸有機(jī)物機(jī)會(huì)，從而降低了臭氧氧化去除這些有機(jī)物反應(yīng)速率，這就導(dǎo)致催化臭氧氧化工藝深度處理焦化廢水時(shí)雖然能夠取得比單獨(dú)臭氧氧化更高的COD去除率，但是苯酚、喹啉和吲哚這些典型有毒有害污染物的去除率低于單獨(dú)臭氧氧化；同吋，一部分自由基沒有去氧化難降解的有機(jī)物，而是消耗在易降解有機(jī)物的氧化上。如果采用微米級的粉末催化劑，則傳質(zhì)阻力與單獨(dú)臭氧氧化幾乎ー樣；如果再將單獨(dú)臭氧氧化和催化臭氧氧化分開，就能在保證臭氧氧化去除易氧化有機(jī)物效率的同吋，充分利用催化臭氧生成的自由基去除難氧化物質(zhì)。 另外，催化臭氧氧化深度處理實(shí)際焦化廢水的過程中，由于廢水成分復(fù)雜多變，催化劑易失活，催化劑失活后必須要進(jìn)行更換。采用顆粒催化劑的反應(yīng)器在更換催化劑時(shí)，必須停止反應(yīng)，毎次反應(yīng)器開エ和停車時(shí)出水水質(zhì)較差。而且由于催化臭氧氧化工藝研究時(shí)間相對較短，目前開發(fā)的催化劑穩(wěn)定性普遍不高，催化劑更換的頻次相對較高，開エ和停車導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化的現(xiàn)象必然較嚴(yán)重。現(xiàn)有技術(shù)中還沒有ー種能夠應(yīng)用粉末催化劑的連續(xù)處理裝置。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題，本發(fā)明提供了一種催化臭氧氧化-陶瓷膜過濾深度處理焦化廢水的系統(tǒng)，可用來處理焦化廢水ニ級生物處理工藝出水，系統(tǒng)出水的C0D、色度和濁度等水質(zhì)指標(biāo)均能夠穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中ー級標(biāo)準(zhǔn)，出水還能夠回用為焦化廠雜用水。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的催化臭氧氧化-陶瓷膜過濾深度處理焦化廢水的系統(tǒng)，包括臭氧發(fā)生器、臭氧氧化反應(yīng)器、增壓泵、陶瓷膜組件、氣液分離器、廢水回流泵、催化劑回流泵、催化劑流出槽、催化劑添加槽、催化劑添加泵；所述的臭氧氧化反應(yīng)器為立式筒狀結(jié)構(gòu)，其下部設(shè)有進(jìn)水ロ、進(jìn)氣ロ，上部設(shè)有出水口和廢水回流ロ，所述進(jìn)水口與進(jìn)氣ロ之間設(shè)有微孔布?xì)獍澹粞跹趸磻?yīng)器中部設(shè)有回流廢水噴頭，回流廢水噴頭下部為單獨(dú)臭氧氧化區(qū)，所述單獨(dú)臭氧氧化區(qū)上部為小口徑反應(yīng)管段；所述小口徑反應(yīng)管段的直徑為臭氧氧化反應(yīng)器其他處直徑的1/3 1/2，長度為反應(yīng)器總長度的1/3 1/8，其上口和下ロ分別與臭氧氧化反應(yīng)器上部和下部的壁以45 75°斜面連接；所述的回流廢水噴頭上面設(shè)置催化劑泥漿噴頭，兩噴頭噴面相對，相距5cm 20cm,噴面間為湍流混合區(qū)，回流廢水噴頭面積為催化劑泥漿噴頭面積的2 4倍，噴速也為2 4倍，催化劑泥漿噴頭到臭氧氧化反應(yīng)器頂部的垂直距離為臭氧氧化反應(yīng)器高度的1/2 1/4，催化劑泥漿噴頭上部反應(yīng)區(qū)域?yàn)榇呋粞跹趸瘏^(qū)，采用平均粒徑為I μ m 4 μ m的CeO2或CexZivxO2粉末催化劑；所述的回流廢水噴頭通過廢水回流管與廢水回流泵、廢水回流ロ相連，廢水回流比為200% 400% ；所述催化劑泥漿噴頭通過催化劑回流管、催化劑回流泵與陶瓷膜組件的濃縮液流出口相連；所述的催化劑回流管設(shè)有兩個(gè)支管，ー個(gè)支管連接催化劑添加泵和催化劑添加槽，另ー個(gè)支管連接催化劑流出槽。通過上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)(I)系統(tǒng)在設(shè)置高廢水回流比強(qiáng)化有機(jī)物去除率同時(shí)，通過回流廢水強(qiáng)力噴射對催化劑產(chǎn)生強(qiáng)大的向上沖擊力，抑制催化劑因?yàn)橹亓β淙氲絽g獨(dú)臭氧氧化區(qū)域；利用反應(yīng) 器管道縮小和噴頭結(jié)構(gòu)占據(jù)廢水通道來提高上升流流速，產(chǎn)生對催化劑向上沖擊的流體，防止催化劑下沉，從而實(shí)現(xiàn)單獨(dú)臭氧氧化單元和催化臭氧氧化單元的嚴(yán)格分離，相對于在兩個(gè)反應(yīng)器中分別實(shí)現(xiàn)単獨(dú)臭氧氧化和催化臭氧氧化，可節(jié)省設(shè)備，還可以避免使用管道時(shí)降低臭氧溶解度。根據(jù)焦化廢水中存在大量臭氧易降解物質(zhì)的特點(diǎn)，在一個(gè)臭氧氧化反應(yīng)器中先后進(jìn)行單獨(dú)臭氧氧化和催化臭氧氧化，先利用単獨(dú)臭氧氧化去除了焦化廢水中大部分的易氧化物質(zhì)，再利用催化臭氧氧化進(jìn)ー步去除焦化廢水中難氧化物質(zhì)。由于大部分易降解的有機(jī)物先被去除，催化臭氧氧化過程中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性物質(zhì)(如羥基自由基)主要用來氧化難降解有機(jī)物，使沒有選擇性的強(qiáng)氧化性物質(zhì)發(fā)揮了更佳的功效，可以有效提高焦化廢水COD去除率。焦化廢水中存在大量有機(jī)物與臭氧反應(yīng)速度較快，反應(yīng)過程中傳質(zhì)為限制因素，在一個(gè)反應(yīng)器中將単獨(dú)臭氧氧化和催化臭氧氧化分開，可避免采用催化劑時(shí)固體顆粒増大傳質(zhì)阻力，降低單獨(dú)臭氧氧化去除易氧化物質(zhì)的效率。(2)采用CeO2和CexZivxO2的粉末催化劑具有顆粒粒徑小、比表面積大、活性高、在廢水中金屬溶出和積碳量小，催化劑穩(wěn)定性相對較高高等特點(diǎn)。同時(shí)，粉末催化劑內(nèi)部傳質(zhì)幾乎可以忽略，還可避免這些不易成型的粉末催化劑在焙燒成型時(shí)活性急劇降低的問題，最后粉末催化劑也使本系統(tǒng)設(shè)置的簡單裝置能方便的實(shí)行催化劑在線更換，有利于系統(tǒng)的長時(shí)間穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行和全自動(dòng)化控制。(3)系統(tǒng)設(shè)置的回流廢水與催化劑泥漿相對噴射結(jié)構(gòu)及上升流沖擊結(jié)構(gòu)能提高氣液固三相混合程度，有效減小催化臭氧氧化過程傳質(zhì)阻カ，提高難氧化物質(zhì)去除率。(4)使用陶瓷膜組件可實(shí)現(xiàn)粉末催化劑的高效回流，使廢水中的濁度幾乎100%去除，利用陶瓷膜組件中壓カ上升進(jìn)ー步増加水中溶解臭氧，抑制陶瓷膜的無機(jī)物污染和微生物污染，從而使得利用本系統(tǒng)的簡單清洗裝置就可實(shí)現(xiàn)陶瓷膜組件的自清洗。(5)基于臭氧氧化的特點(diǎn)和陶瓷膜組件的截留能力，采用該系統(tǒng)深度處理焦化廢水，出水的C0D、色度和濁度等水質(zhì)指標(biāo)均能夠穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中ー級標(biāo)準(zhǔn)，出水還能夠作為焦化廠雜用水進(jìn)行回用。


圖I為為本發(fā)明實(shí)施例提供的催化臭氧氧化-陶瓷膜過濾深度處理焦化廢水的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中各標(biāo)號(hào)為1、臭氧發(fā)生器，2、臭氧氧化反應(yīng)器，3、增壓泵，4、陶瓷膜組件，5、氣液分離器，6、廢水回流泵，7、催化劑回流泵，8、催化劑添加泵，9、催化劑流出槽，10、催化劑添加槽，11、進(jìn)水管，12、進(jìn)氣管，13、壓カ表，14、流量計(jì)，15、單向閥，16、進(jìn)氣ロ，17、微孔曝氣板，18、回流廢水噴頭，19、催化劑泥漿噴頭，20、廢水回流管，21、流量計(jì)，22、廢水回流閥，23、回流廢水出ロ，24、催化劑回流管，25、單向閥，26、濃縮液流出ロ，27、出水ロ，28、出水閥，29、流量計(jì)，30、氣壓表，31、進(jìn)水口，32、單向閥，33、滲透液流出ロ，34、氣壓表，35、氣液分離器進(jìn)水ロ，36、氣液分離器出水ロ，37、反沖洗水出ロ，38、反沖洗進(jìn)水管，39、反沖洗水泵，40、反沖洗進(jìn)水口，41、反沖洗出水閥，42、催化劑添加管，43、催化劑添加閥，44、單向閥，45、流量計(jì)，46、催化劑流出管，47、催化劑流出閥。
具體實(shí)施方式
為了便于理解，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。本發(fā)明的催化臭氧氧化-陶瓷膜過濾深度處理焦化廢水的系統(tǒng)，其較佳的具體實(shí)施方式
是包括臭氧發(fā)生器、臭氧氧化反應(yīng)器、增壓泵、陶瓷膜組件、氣液分離器、廢水回流泵、催化劑回流泵、催化劑流出槽、催化劑添加槽、催化劑添加泵；所述的臭氧氧化反應(yīng)器為立式筒狀結(jié)構(gòu)，其下部設(shè)有進(jìn)水ロ、進(jìn)氣ロ，上部設(shè)有出水口和廢水回流ロ，所述進(jìn)水口與進(jìn)氣ロ之間設(shè)有微孔布?xì)獍澹粞跹趸磻?yīng)器中部設(shè)有回流廢水噴頭，回流廢水噴頭下部為單獨(dú)臭氧氧化區(qū)，所述單獨(dú)臭氧氧化區(qū)上部為小口徑反應(yīng)管段；所述小口徑反應(yīng)管段的直徑為臭氧氧化反應(yīng)器其他處直徑的1/3 1/2，長度為反應(yīng)器總長度的1/3 1/8，其上口和下ロ分別與臭氧氧化反應(yīng)器上部和下部的壁以45 75°斜面連接；所述的回流廢水噴頭上面設(shè)置催化劑泥漿噴頭，兩噴頭噴面相對，相距5cm 20cm,噴面間為湍流混合區(qū)，回流廢水噴頭面積為催化劑泥漿噴頭面積的2 4倍，噴速也為2 4倍，催化劑泥漿噴頭到臭氧氧化反應(yīng)器頂部的垂直距離為臭氧氧化反應(yīng)器高度的1/2^1/4,催化劑泥漿噴頭上部反應(yīng)區(qū)域?yàn)榇呋粞跹趸瘏^(qū)，采用平均粒徑為I μ m 4 μ m的CeO2或CexZivxO2粉末催化劑；所述的回流廢水噴頭通過廢水回流管與廢水回流泵、廢水回流ロ相連，廢水回流比為200% 400% ；所述催化劑泥漿噴頭通過催化劑回流管、催化劑回流泵與陶瓷膜組件的濃縮液流出口相連；所述的催化劑回流管設(shè)有兩個(gè)支管，ー個(gè)支管連接催化劑添加泵和催化劑添加槽，另ー個(gè)支管連接催化劑流出槽。所述的臭氧氧化反應(yīng)器的進(jìn)水ロ為系統(tǒng)進(jìn)水ロ，所述的臭氧氧化反應(yīng)器的出水ロ通過增壓泵與陶瓷膜組件的進(jìn)水口相連，所述陶瓷膜組件的出水ロ與所述氣液分離器的進(jìn)水口相連，所述氣液分離器的出水ロ為系統(tǒng)出水ロ，所述氣液分離器的底部通過反沖洗進(jìn)水管、反沖洗水泵與陶瓷膜組件的反沖洗進(jìn)水口相連。
所述的臭氧氧化反應(yīng)器的高度為底部直徑的10 30倍，廢水在反應(yīng)器中停留時(shí)間為 30min 90min。具體實(shí)施例如圖I所示，本系統(tǒng)主要由臭氧發(fā)生器I、催化臭氧氧化反應(yīng)器2、增壓泵3、陶瓷膜組件4、氣液分離器5、廢水回流泵6、催化劑回流泵7、催化劑添加泵8、催化劑流出槽9、催化劑添加槽10和相應(yīng)的管件、閥門以及儀表組成。本發(fā)明的系統(tǒng)是這樣工作的焦化廢水通過由進(jìn)水管11進(jìn)入催化臭氧氧化反應(yīng)器2，從臭氧發(fā)生器I出來的臭氧和氧氣混合氣體通過進(jìn)氣管12，依次流過壓カ表13、流量計(jì)14、單向閥15，由進(jìn)氣ロ 16進(jìn)入臭氧氧化反應(yīng)器2，經(jīng)過微孔曝氣板17后，在臭氧氧化反應(yīng)器2中形成大量微小氣泡，氣泡越小，傳質(zhì)阻力小。微小氣泡中的氣態(tài)臭氧能迅速溶解在廢水中，在單獨(dú)臭氧氧化區(qū)與焦化廢水中有機(jī)物發(fā)生快速反應(yīng)。 焦化廢水中存在大量的易降解有機(jī)物(如苯酚、喹啉、吲哚、含雙鍵和三鍵的長鏈烴、芳香烴和雜環(huán)化合物等)與臭氧之間的反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于傳質(zhì)速率，因此在臭氧氧化過程中，傳質(zhì)速率為限速因子。采用單獨(dú)臭氧氧化時(shí)傳質(zhì)阻力主要是氣液之間阻力，沒有采用催化劑而帶來的固液之間的傳質(zhì)阻力。由于系統(tǒng)采用了微孔曝氣，氣液之間的傳質(zhì)阻カ較小，反應(yīng)速率較快，這些易氧化物質(zhì)會(huì)很快被氧化生成了大量成分子量較小的有機(jī)酸和醇類化合物，這些化合物難以被単獨(dú)臭氧氧化降解的有機(jī)物，然后隨廢水一起沿反應(yīng)器上升。在上升過程中，氣相中的臭氧進(jìn)ー步向液相中傳質(zhì)，補(bǔ)充水中由于單獨(dú)臭氧氧化消耗掉的臭氧。廢水上升進(jìn)入單獨(dú)臭氧氧化區(qū)上部的小口徑反應(yīng)管段，這段反應(yīng)器直徑為反應(yīng)器其他處直徑的1/3 1/2，長度為反應(yīng)器總長度的1/3 1/8，與上下反應(yīng)器壁以45 75°斜面連接。由于過水?dāng)嗝婵s小，因而廢水流速増大，較大的流速可以預(yù)防上部的固體催化劑因?yàn)橹亓ο鲁痢＝够瘡U水繼續(xù)上升到達(dá)回流廢水噴頭18，經(jīng)過噴頭與反應(yīng)器壁之間的空隙，過水?dāng)嗝嫜杆贉p小，流速急劇變大，水流形成向上的沖擊力，進(jìn)ー步防止催化劑因?yàn)橹亓ο鲁??；亓鲝U水噴頭18上面是催化劑泥漿噴頭19，兩個(gè)噴頭相對布水，相距5cm 20cm,回流廢水噴頭面積為催化劑泥漿噴頭面積的2 4倍，噴速也為2 4倍。兩噴頭相距較近，噴出的流體相互撞擊，在兩噴頭中間向反應(yīng)器邊壁散開，由于下部的回流廢水噴頭噴出的流體流速大于催化劑泥漿噴頭噴出的流體流速，因此相撞的流體形成斜向上流速，沿噴頭兩邊的反應(yīng)器通道上升，同時(shí)受到反應(yīng)器底部高速上升的廢水沖擊，三股水流在兩個(gè)噴頭之間的反應(yīng)器區(qū)域形成湍流混合區(qū)。在湍流混合區(qū)，催化劑始終受到斜向上的流體的沖擊，很難下沉到回流廢水噴頭以下，反應(yīng)器這種結(jié)構(gòu)有效的避免了催化劑流入?yún)g獨(dú)臭氧氧化區(qū)域。廢水流過湍流混合區(qū)便進(jìn)入了催化劑泥漿噴頭上面的催化臭氧氧化區(qū)，催化臭氧氧化區(qū)高度為整個(gè)反應(yīng)器高度的1/2 1/4，由于使用的是粉末催化劑，因此催化氧化區(qū)充滿了催化劑，廢水中難以被單獨(dú)臭氧氧化去除的有機(jī)物在催化劑作用下，通過催化臭氧氧化作用去除，部分有機(jī)物還會(huì)被粉末催化劑吸附去除。催化臭氧氧化過程涉及到一系列傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、吸附和脫附等過程。其中，氣液之間和液固之間的傳質(zhì)阻カ對催化臭氧氧化反應(yīng)具有重要的影響，氣液固三相之間的湍流混合能夠最大程度的減小氣相體相、氣液之間、液相體相和固液之間的傳質(zhì)阻力，提高催化臭氧氧化效率；采用的CeO2或CexZivxO2粉末催化劑平均粒徑為I μ m 4 μ m，比表面積和催化劑活性均較高，催化劑表面到孔ロ的傳質(zhì)阻力幾乎可忽略。相對于常用的使用顆粒催化劑的固定床反應(yīng)器，這些結(jié)構(gòu)使得本系統(tǒng)具有高得多的反應(yīng)器傳質(zhì)效率和催化臭氧氧化效率，因而，焦化廢水中難降解有機(jī)物的去除率也相對高得多?；亓鲝U水噴頭18通過廢水回流管20與流量計(jì)21、廢水回流泵6、廢水回流閥22、回流廢水出ロ 23相連。廢水回流比為100% 300%，較大的回流比有利于提高有機(jī)物去除率，同時(shí)較大的回流比也能夠?yàn)閲婎^提供流速較大的水流。催化劑泥漿噴頭19通過催化劑回流管24依次與單向閥25、催化劑回流泵7、陶瓷膜組件4的濃縮液流出 ロ 26相連。臭氧氧化反應(yīng)器2出水從出水口 27，經(jīng)過臭氧氧化反應(yīng)器出水閥28進(jìn)入增壓泵3，增壓后廢水中溶解的臭氧量增加，增壓泵3出水依次經(jīng)過流量計(jì)29、氣壓表30、由陶瓷膜組件4的進(jìn)水口 31進(jìn)入陶瓷膜組件4進(jìn)行固液分離，陶瓷膜組件的平均分子截留直徑為O. I μ m，催化劑由于粒徑大于陶瓷膜平均分子截留孔徑而被截留下來，焦化廢水中的其他顆粒物也幾乎全部被截留下來，濁度去除率幾乎達(dá)到100%。截留的催化劑隨濃縮液由濃縮液排出ロ 26排出，在催化劑回流泵7作用下，沿催化劑回流管24，經(jīng)由單向閥25，進(jìn)入臭氧氧化反應(yīng)器2，再由催化劑泥漿噴頭20噴出，實(shí)現(xiàn)催化劑回用。分子態(tài)的水則透過陶瓷膜形成滲透液，滲透液從陶瓷膜組件4的滲透液流出ロ 32流出，依次經(jīng)過氣壓表33和進(jìn)水閥34，從氣液分離器進(jìn)水ロ 35進(jìn)入氣液分離器，在這里實(shí)現(xiàn)氣液分離，氣液分離器的尾氣可送到尾氣處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。氣液分離器出水ロ 36為整個(gè)系統(tǒng)的出水ロ。氣液分離器底部的反沖洗水出ロ 37通過反沖洗進(jìn)水管38與反沖洗水泵39、陶瓷膜組件4的反沖洗進(jìn)水口 40相連，開啟反沖洗出水閥41、反沖洗水泵39、催化劑回流泵7、單向閥25，就可以對陶瓷膜組件進(jìn)行清洗。廢水排出臭氧氧化反應(yīng)器2后，水中仍殘存的溶解性臭氧，具有殺菌作用，因而陶瓷膜中微生物很難生長，陶瓷膜污染主要是無機(jī)物污染，僅靠簡單的水洗就能夠?qū)崿F(xiàn)陶瓷膜的自清洗。當(dāng)臭氧氧化反應(yīng)器高度為底部直徑的10 30倍，廢水在反應(yīng)器中停留時(shí)間為30min 90min時(shí)，焦化廢水深度處理能夠取得最優(yōu)的效果。由于催化臭氧氧化具有非常強(qiáng)的氧化有機(jī)物能力，因而對焦化廢水ニ級生物出水的色度(主要是有機(jī)物的發(fā)色基團(tuán)產(chǎn)生)和COD的去除率高；陶瓷膜組件對顆粒物的去除率也接近100%，廢水中殘留的溶解性臭氧具有消毒能力。當(dāng)焦化廢水ニ級生物エ藝出水的COD為200 400mg/L時(shí)，系統(tǒng)出水的C0D、色度和濁度等水質(zhì)指標(biāo)均能夠穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中ー級標(biāo)準(zhǔn)，出水還能夠作為焦化廠雜用水進(jìn)行回用，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本I 2元/噸。當(dāng)反應(yīng)器中催化劑需要更換時(shí)，可在催化劑添加槽10中配制含有催化劑的泥漿，泥漿中催化劑濃度與催化劑回流管中濃度一致，然后開啟催化劑添加管42上的催化劑添加閥43和催化劑添加泵8，關(guān)閉催化劑回流管24上的單向閥25，在催化劑添加泵8作用下，配好的催化劑泥漿沿催化劑添加管42，經(jīng)過流量計(jì)44進(jìn)入催化劑回流管24，最終進(jìn)入臭氧氧化反應(yīng)器2。開啟催化劑添加閥43的同時(shí)打開催化劑流出管45上的催化劑流出閥46，催化劑回流泵7中流出的催化劑泥漿便會(huì)沿著催化劑流出管45，依次經(jīng)過催化劑流出閥46和流量計(jì)47，進(jìn)入催化劑流出槽9。運(yùn)行中催化劑添加速度和催化劑流出速度保持一致，待催化劑流出槽9中充滿催化劑泥漿后，依次關(guān)閉催化劑添加閥43、催化劑添加泵8、催化劑流出閥47，開啟催化劑回流管24上的單向閥44，系統(tǒng)變可回到正常運(yùn)行。整個(gè)催化劑更換過程簡單易行，可采用自動(dòng)化裝置控制整個(gè)操作過程，更換后的催化劑可外運(yùn)到專門機(jī)構(gòu)進(jìn)行催化劑再生。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本 發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種催化臭氧氧化-陶瓷膜過濾深度處理焦化廢水的系統(tǒng)，其特征在于，包括臭氧發(fā)生器、臭氧氧化反應(yīng)器、增壓泵、陶瓷膜組件、氣液分離器、廢水回流泵、催化劑回流泵、催化劑流出槽、催化劑添加槽、催化劑添加泵； 所述的臭氧氧化反應(yīng)器為立式筒狀結(jié)構(gòu)，其下部設(shè)有進(jìn)水口、進(jìn)氣口，上部設(shè)有出水口和廢水回流口，所述進(jìn)水口與進(jìn)氣口之間設(shè)有微孔布?xì)獍?，臭氧氧化反?yīng)器中部設(shè)有回流廢水噴頭，回流廢水噴頭下部為單獨(dú)臭氧氧化區(qū)，所述單獨(dú)臭氧氧化區(qū)上部為小口徑反應(yīng)管段； 所述小口徑反應(yīng)管段的直徑為臭氧氧化反應(yīng)器其他處直徑的1/3 1/2，長度為反應(yīng)器總長度的1/3 1/8，其上口和下口分別與臭氧氧化反應(yīng)器上部和下部的壁以45 75°斜面連接； 所述的回流廢水噴頭上面設(shè)置催化劑泥漿噴頭，兩噴頭噴面相對，相距5cm 20cm，噴面間為湍流混合區(qū)，回流廢水噴頭面積為催化劑泥漿噴頭面積的2 4倍，噴速也為2 4倍，催化劑泥漿噴頭到臭氧氧化反應(yīng)器頂部的垂直距離為臭氧氧化反應(yīng)器高度的1/2 1/4，催化劑泥漿噴頭上部反應(yīng)區(qū)域?yàn)榇呋粞跹趸瘏^(qū)，采用平均粒徑為I μ m 4 μ m的CeO2或CexZr-lx02粉末催化劑； 所述的回流廢水噴頭通過廢水回流管與廢水回流泵、廢水回流口相連，廢水回流比為200% 400% ； 所述催化劑泥漿噴頭通過催化劑回流管、催化劑回流泵與陶瓷膜組件的濃縮液流出口相連； 所述的催化劑回流管設(shè)有兩個(gè)支管，一個(gè)支管連接催化劑添加泵和催化劑添加槽，另一個(gè)支管連接催化劑流出槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的催化臭氧氧化-陶瓷膜過濾深度處理焦化廢水的系統(tǒng)，其特征在于，所述的臭氧氧化反應(yīng)器的進(jìn)水口為系統(tǒng)進(jìn)水口，所述的臭氧氧化反應(yīng)器的出水口通過增壓泵與陶瓷膜組件的進(jìn)水口相連，所述陶瓷膜組件的出水口與所述氣液分離器的進(jìn)水口相連，所述氣液分離器的出水口為系統(tǒng)出水口，所述氣液分離器的底部通過反沖洗進(jìn)水管、反沖洗水泵與陶瓷膜組件的反沖洗進(jìn)水口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的催化臭氧氧化-陶瓷膜過濾深度處理焦化廢水的系統(tǒng)，其特征在于，所述的臭氧氧化反應(yīng)器的高度為底部直徑的10 30倍，廢水在反應(yīng)器中停留時(shí)間為30min 90min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種催化臭氧氧化-陶瓷膜過濾深度處理焦化廢水的系統(tǒng)，主要由臭氧發(fā)生器、臭氧氧化反應(yīng)器、增壓泵、陶瓷膜組件、氣液分離器、尾氣吸收裝置、廢水回流泵、催化劑回流泵、催化劑添加泵、催化劑流出槽、催化劑添加槽和相應(yīng)的管件、閥門以及儀表組成。系統(tǒng)通過催化臭氧氧化和陶瓷膜分離的聯(lián)用實(shí)現(xiàn)了粉末催化劑在動(dòng)態(tài)反應(yīng)器中的應(yīng)用，設(shè)置回流廢水和催化劑泥漿對流以及上升流沖擊確保單一反應(yīng)器中分段進(jìn)行臭氧氧化和催化臭氧氧化，降低單獨(dú)臭氧氧化和催化臭氧氧化過程中的傳質(zhì)阻力，提高羥基自由基利用率和有機(jī)物去除率，并最終實(shí)現(xiàn)了焦化廢水深度處理后出水的COD、色度和濁度達(dá)標(biāo)等目的，同時(shí)解決了粉末催化劑成型為顆粒時(shí)活性急劇降低、使用顆粒催化劑增加傳質(zhì)阻力和顆粒催化劑更換時(shí)需要暫停運(yùn)行等問題。
文檔編號(hào)C02F9/04GK102849875SQ20121038752
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者王建兵, 王燦, 王國慶, 王春榮, 張春暉, 何緒文 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)