[发明专利]活性炭催化臭氧氧化装置及其污水处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种以活性炭为催化剂催化臭氧氧化的装置及其污水处理工艺。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人类活动过程中向环境排放的水、气、固“三废”物质也越来越多，严重影响着人与自然环境的和谐以及可持续发展。其中，水体中的有机污染问题也变得越来越突出，例如饮用水源中存在的有毒有害的人工合成有机物和微量天然有机物，就与自来水中的消毒副产物有着很大的关系。此外，城镇污水处理厂流出的二级出水中也含有很多种有毒有害的人工合成有机物，此类有机物主要属于内分泌干扰物和持久性有机物，其表现出较为严重的急性生物毒性、慢性毒性和遗传毒性，甚至具有“三致效应”。而工业废水中存在的不同类别的有机污染物的含量更大且组分复杂，其中部分工业废水仅通过传统常规的水处理方法，甚至无法达到排放标准。此类有机污染组分进入水体后，不仅影响外界环境，也将严重影响人类的身体健康。

为防治水体中过量的有机污染，首先应减少或者截断人类活动向水体输入有机污染物质的量，提高污水处理能力以及对难降解、有毒有害有机物的治理能力。臭氧氧化技术是用臭氧作氧化剂对废水进行净化和消毒处理的方法，臭氧具有很强的氧化能力，能够降解水中的有机污染物，该技术在水处理中已得到广泛的应用。但是，在污水处理过程中，单独使用臭氧氧化污水中的有机物，通常存在一些缺点，如臭氧同某些有机物的反应速度慢、臭氧利用效率低和很多情况下不能将有机物彻底氧化等问题。而在自由基激发剂或促进剂存在的条件下，臭氧就能够使液体或气体中产生大量的自由基，这些自由基在极短的时间内，就可将液体或气体中的有机物氧化成简单的有机物或二氧化碳和水彻底除去。自从Jans和Hoign发现在水溶液中活性炭是一种加速臭氧分解并生成·OH的促进剂后，活性炭作为催化剂被越来越多的研究者应用到催化臭氧氧化系统中，并在实际的水处理中得到广泛应用。

活性炭及负载型活性炭作催化剂时，催化反应体系属于“气-液-固”多相反应系统，包括一系列发生在催化表面的连串、平行的传质过程和化学反应过程。但是，在此过程中，由于活性炭床空隙率低，不利于臭氧分子向气液界面、液相以及活性炭表面扩散，不利于臭氧分子和水中有机物与活性炭的相遇，往往影响臭氧分子和有机污染物在活性炭载体表面发生催化反应的效果，从而影响活性炭催化臭氧氧化的能力，降低了臭氧的利用效率。因此，如何能够提高臭氧分子、有机污染物以及活性炭之间的催化氧化反应效果，提高臭氧氧化能力和臭氧的利用率，将是提高有机污染物污水处理能力的一个重要途径。

发明内容

本发明的目的在于针对活性炭催化臭氧氧化过程中存在的不足，提供一种能够提高活性炭催化臭氧氧化能力，提高臭氧利用效率和污水处理能力装置及其污水处理工艺。

一种活性炭催化臭氧氧化装置，包括反应池，所述反应池内通过导流筒由内至外依次隔为升流反应区、降流反应区和分离区且三者的底部相连通作为活性炭盛放区；

所述升流反应区内设有臭氧和水的输入装置，升流反应区与降流反应区顶部相连通；

在降流反应区和分离区的底部连通处设有环形的导流器，该导流器底部至少一部分伸入活性炭存储区，导流器顶部处在分离区下方的部位带有倾斜设置的导流面。

在由导流筒分割成不同区域的活性炭催化臭氧氧化装置中，臭氧和污水从升流反应区的底部进入，由于臭氧扩散作用、进水布水冲量以及压缩臭氧在水中的裹夹与混合作用，使水与活性炭的混合液密度减小而在升流反应区内向上流动。混合液到达升流反应区顶部后，水中裹夹的剩余氧气及残留臭氧则以气泡形式逸出，而水与活性炭混合液则流过内筒，进入降流反应区，溶解性的臭氧继续在降流反应区内与水中的有机污染物发生氧化反应。水与活性炭的混合液进入降流反应区后，由于降流反应区中气量的减少导致水与活性炭混合液的密度增大，在分离区实现固液分离，大量的活性炭沉降至反应装置底部的存储区，而经臭氧氧化的水在导流器的协助下沿反应池内壁上的出水堰流出。沉降至反应装置底部的存储区的活性炭可再次参与下一轮的反应，使活性炭处于循环流化状态。在整个水与活性炭混合液的流动过程中，混合液以其自身的密度差为循环流动的动力。

在降流反应区和分离区的下部连通处设置环形的导流器协助活性炭的沉降，使活性炭快速沉降至存储区，防止在分离区底部堆积。导流器下部位浸入活性炭存储区，上部位接分离区和降流反应区。

所述导流筒包括同轴竖向布置的内筒和外筒，其中内筒包围的区域为升流反应区，内筒和外筒之间为降流反应区，外筒与反应池内壁之间为分离区。