缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法及装置与流程

1.本发明涉及臭氧催化氧化技术领域，具体而言，涉及缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法及装置。


背景技术：

2.炼厂污水成分复杂，难降解的有机类物质较多，为提高污水的可生化性，常引入高级氧化技术将难降解的大分子有机物分解为小分子有机物，然后再进入生化处理单元。而臭氧催化氧化技术凭借反应速度快、无二次污染、占用空间小、无额外运输费用及管理安全问题等优点，在污水处理领域应用广泛。
3.但是，臭氧分子能量较高，极不稳定，在水中易产生羟基自由基，氧化性极强，对各类金属材料具有一定的腐蚀性，炼厂臭氧催化氧化单元的装置及部分管线时常出现腐蚀泄漏现象，针对臭氧腐蚀问题，目前的研究暂未形成体系，针对这一腐蚀尚无合适的腐蚀控制方法。因此，尽量减少臭氧催化氧化单元的臭氧排放，实现臭氧的深度脱除，能够大大缓解下游设备及管线的臭氧腐蚀状况。
4.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法及装置，旨在实现臭氧的深度脱除，提升臭氧的利用率，显著减少处理后废水中臭氧含量。
6.本发明是这样实现的：
7.第一方面，本发明提供一种缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法，其包括：将臭氧和废水混合进行催化氧化反应之后，在紫外照射的条件下继续反应。
8.在可选的实施方式中，催化氧化反应的过程中所采用的催化剂包括活性组分，活性组分选自fe、mn、ni、co、cd、cu、zn、cr和ag中的至少一种。
9.在可选的实施方式中，催化剂还包括载体，载体选自γ
‑
氧化铝、活性炭和多孔陶瓷中的至少一种。
10.在可选的实施方式中，控制催化氧化反应的反应时间为10～20min，紫外照射的条件下反应时间为18～30min；
11.优选地，臭氧和废水持续通入进行反应，臭氧发生器制得的臭氧混合气中臭氧的浓度为120
‑
150mg/l。
12.第二方面，本发明提供一种用于实施例前述实施方式中任一项缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法的装置，包括臭氧催化氧化单元和与臭氧催化氧化单元连通的紫外照射处理单元，臭氧催化氧化单元内设置有催化剂床层，紫外照射处理单元内设置有紫外灯源。
13.在可选的实施方式中，臭氧催化氧化单元与紫外照射处理单元相邻设置，且臭氧催化氧化单元通过位于顶部的溢流管与紫外照射处理单元连通。
14.在可选的实施方式中，臭氧催化氧化单元包括进料室、位于进料室上方的出料室和用于连通进料室和出料室的过渡室，催化剂床层为中空柱形结构，进料室和出料室位于催化剂床层内，过渡室围绕催化剂床层设置，溢流管的一端与出料室连通，溢流管的另一端与紫外照射处理单元连通；
15.优选地，所述催化剂床层为长方体状，长为1.5～7m，宽为0.3～0.5m，高度为3～5m。
16.在可选的实施方式中，进料室内靠近底部进料口处设置有气体分布器。
17.在可选的实施方式中，紫外照射处理单元的腔体内设置有多个间隔设置的紫外灯源套板，紫外灯源安装于紫外灯源套板内；紫外灯功率30～200w。
18.相邻的两个紫外灯源套板中，一个紫外灯源套板与腔体的顶壁相连，且与腔体的底壁间隔设置；另一个紫外灯源套板与腔体的底壁相连，且与腔体的顶壁间隔设置；
19.优选地，紫外灯源套板的数量为3
‑
5个，每个紫外灯源套板内设置有3
‑
7个紫外灯源；
20.优选地，紫外灯源套板的材质为聚碳酸酯。
21.在可选的实施方式中，紫外照射处理单元的腔体高度为2.5～4.5m，相邻的两个紫外灯源套板的间距为0.5～1.5m。
22.本发明具有以下有益效果：本发明在将废水和臭氧进行催化氧化之后，在紫外照射的条件下继续进行反应，使气相中的臭氧被分解为氧气，而液相中的臭氧均被分解为羟基自由基和氧气，继续与水中的有机物反应，从而实现臭氧的深度脱除。废水经过处理之后，大分子难降解的有机物能够实现转化，且废水中几乎没有臭氧残留，大大缓解了下游设备及管线的臭氧腐蚀状况。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
24.图1为本发实施例提供的臭氧催化氧化装置的结构示意图；
25.图2为图1中紫外灯源套板的结构示意图。
26.主要元件符号说明：100
‑
臭氧催化氧化装置；110
‑
臭氧催化氧化单元；111
‑
催化剂床层；112
‑
进料室；113
‑
出料室；114
‑
过渡室；115
‑
气体分布器；120
‑
紫外照射处理单元；121
‑
紫外灯源套板；122
‑
紫外灯源；001
‑
溢流管；002
‑
废水溢流出口。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
28.本发明实施例提供一种缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法，其包
括：将臭氧和废水混合进行催化氧化反应之后，在紫外照射的条件下继续反应。
29.需要说明的是，发明人创造性地增加了紫外照射条件下反应的步骤，实现了臭氧的深度脱除。在催化氧化步骤中，臭氧在催化剂表面生成羟基自由基与废水中的大分子难降解有机物发生反应并生成小分子物质；在紫外照射条件下反应过程中，气相中的臭氧被分解为氧气，而液相中的臭氧均被分解为羟基自由基和氧气，继续与水中的有机物反应，从而实现臭氧的深度脱除。
30.在可选的实施方式中，催化氧化反应的过程中所采用的催化剂包括活性组分，活性组分选自fe、mn、ni、co、cd、cu、zn、cr和ag中的至少一种；发明人通过控制活性组分的选择，能够进一步提升催化氧化反应的效率，促进有机物的降解，提高臭氧的利用率。优选地，活性组分包括fe、co和zn，且质量比为3:5:3。采用这种几种活性组分的配合能够进一步提升臭氧的利用率。
31.在可选的实施方式中，催化剂还包括载体，载体选自γ
‑
氧化铝、活性炭和多孔陶瓷中的至少一种，载体可以选择以上种类中的任意一种或几种。一般而言，活性组分与载体的质量比为0.03～0.07：1。
32.在可选的实施方式中，控制催化氧化反应的反应时间为10～20min，紫外照射的条件下反应时间为18～30min。通过进一步控制两步反应的反应时间，有利于提升废水的降解效果以及臭氧的利用率。若反应时间过长，则不会进一步提升臭氧利用率；若反应时间过短，则会导致处理之后废水中臭氧含量显著增加。
33.在实际操作过程中，臭氧和废水持续通入进行反应，臭氧发生器制得的臭氧混合气中臭氧浓度为120
‑
150mg/l。控制二者的用量比在合理范围内，防止臭氧用量过多时会出现处理之后废水中残留臭氧过多的情况，增加对后续设备或管线的腐蚀。
34.本发明实施例还提供一种缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法的臭氧催化氧化装置100，请参照图1，包括臭氧催化氧化单元110和与臭氧催化氧化单元110连通的紫外照射处理单元120。
35.臭氧催化氧化单元110内设置有催化剂床层111，利用催化剂床层111填充催化剂进行臭氧催化氧化的反应。紫外照射处理单元120内设置有紫外灯源122，在紫外灯源122的照射下污水和臭氧继续反应，实现臭氧的深度脱除。
36.在可选的实施方式中，臭氧催化氧化单元110与紫外照射处理单元120相邻设置，且通过位于臭氧催化氧化单元110和紫外照射处理单元120顶部的溢流管001连通。这样，臭氧和废水采用持续通入的方式进行反应，便于控制，通过两个处理单元的具体结构的调整达到调控反应时间的目的。
37.在本发明较佳的实施例中，臭氧催化氧化单元110包括进料室112、位于进料室112上方的出料室113和用于连通进料室112和出料室113的过渡室114，催化剂床层111为中空柱形结构，进料室112和出料室113位于催化剂床层111内，过渡室114围绕催化剂床层111设置，溢流管001的一端与出料室113连通，溢流管001的另一端与紫外照射处理单元120连通。
38.需要说明的是，废水和臭氧从进料室112进入之后，从两侧的催化剂床层111进入过渡室114，然后经过过渡室114之后又经过催化剂床层111进入出料室113。这样，废水和臭氧经过两次催化剂床层进行反应，增加了催化反应的时间，有利于提高臭氧的利用率。
39.具体地，进料室112和出料室113可以通过隔板隔开，将催化剂床层的中空结构分
为两部分。
40.在本发明较佳的实施例中，所述催化剂床层为长方体状，长为1.5～7m，宽为0.3～0.5m，高度为3～5m。通过控制催化剂床层的具体尺寸，可以进一步控制反应时间。
41.在可选的实施方式中，进料室112内靠近底部进料口处设置有气体分布器115，利用气体分布器115提升臭氧分布的均匀度，提升气液分布的均匀性。
42.在可选的实施方式中，请结合图1和图2，紫外照射处理单元120的腔体内设置有多个间隔设置的紫外灯源套板121，紫外灯源122安装于紫外灯源套板121内，紫外灯源套板121的材质可以为聚碳酸酯，以更好地利用紫外灯源进行照射。具体地，紫外灯源套板121为灯套的形式，套设在紫外灯源122上。
43.进一步地，相邻的两个紫外灯源套板121中，一个紫外灯源套板121与腔体的顶壁相连，且与腔体的底壁间隔设置；另一个紫外灯源套板121与腔体的底壁相连，且与腔体的顶壁间隔设置。这样，利用紫外灯源套板121可以起到导流的效果。
44.在一些实施例中，靠近臭氧催化氧化单元110一侧的紫外灯源套板121可以与腔体的顶壁相连，使气液混合物从溢流管001进入紫外照射处理单元120，然后从底部进入两个紫外灯源套板121之间。
45.在可选的实施方式中，紫外灯源套板121的数量为3
‑
5个，每个紫外灯源套板121内设置有3
‑
7个紫外灯源122。紫外灯的功率为30～200w，紫外照射处理单元120的腔体高度为2.5～4.5m，相邻的两个紫外灯源套板121的间距为0.5～1.5m。通过进一步控制紫外灯源套板121的个数控制、腔体高度和紫外灯源套板121的间距，使气液混合物更好地在紫外照射处理单元120流通并发生反应，进一步控制反应的时间。
46.具体地，经过紫外照射处理单元120处理之后从废水溢流出口002输出，进入下一流程。
47.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
48.实施例1
49.本实施例提出一种缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法，采用图1中的结构进行反应，催化剂床层为长方体状，长为5m，宽为0.5m，高度为5m，紫外照射处理单元120的腔体高度为3m，宽度为5m，相邻的两个紫外灯源套板121的间距为0.5m。控制催化氧化反应的反应时间为20min，紫外照射的条件下反应时间为30min，紫外灯功率为150w。
50.催化剂的活性组分为fe、co和zn，质量比为3:5:3，载体为γ
‑
氧化铝，活性组分和载体的质量比为0.07:1。紫外灯源套板121数量为3个，紫外灯源套板121内设置有5个紫外灯源管，紫外灯源隔板由聚碳酸酯材料制成。
51.试验条件：ph为7.8，cod含量为95mg/l，cl
‑
浓度为3120mg/l，so
42
‑
浓度为257mg/l，通入的臭氧浓度为120mg/l。
52.经处理后：废水cod含量为35mg/l，转化率为63.2％，尾气中检测出臭氧含量小于3ppm，废水中检测出臭氧含量为小于2ppm。
53.实施例2
54.本实施例提出一种缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法，与实施例1的处理方法相同，不同之处仅在于废水的具体参数不同。
55.试验条件：ph为8.0，cod含量为105mg/l，cl
‑
浓度为3020mg/l，so
42
‑
浓度为245mg/
l，通入的臭氧浓度为150mg/l。
56.经处理后：废水cod含量为31mg/l，转化率为70.5％，尾气中的臭氧含量7ppm，废水中检测出臭氧含量5ppm。
57.实施例3
58.本实施例提出一种缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法，与实施例1不同之处仅在于：催化剂的活性组分包括fe、mn和zn，且质量比为3:5:3。
59.经处理后：废水cod含量为42mg/l，转化率为45.2％，尾气中的臭氧含量10ppm，废水中检测出臭氧含量7ppm。
60.实施例4
61.本实施例提出一种缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法，与实施例1不同之处仅在于：通入的臭氧浓度为170mg/l。
62.经处理后：废水cod含量为32mg/l，转化率为66.3％，尾气中的臭氧含量25ppm，废水中检测出臭氧含量15ppm。
63.实施例5
64.本实施例提出一种缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法，与实施例1不同之处仅在于紫外灯功率为200w。
65.经处理后：废水cod含量为32mg/l，转化率为66.3％，尾气中的臭氧含量小于1ppm，废水中检测出臭氧含量小于1ppm。
66.综上所述，本发明实施例提出一种缓解臭氧催化氧化装置下游设备及管线腐蚀的方法及臭氧催化氧化装置，在将废水和臭氧进行催化氧化之后，在紫外照射的条件下继续进行反应，使气相中的臭氧被分解为氧气，而液相中的臭氧均被分解为羟基自由基和氧气，继续与水中的有机物反应，从而实现臭氧的深度脱除。废水经过处理之后，大分子难降解的有机物能够实现转化，且废水中几乎没有臭氧残留，大大缓解了下游设备及管线的臭氧腐蚀状况。
67.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。