本發(fā)明涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備及其廢水處理方法。

背景技術(shù)：

臭氧、Fenton、光催化等是現(xiàn)在污水處理中常用的高級氧化技術(shù)，用于含高濃度難降解有機物廢水的治理。其中臭氧是應(yīng)用最廣泛的新型氧化劑，既可以氧化分解去除微小的有機物、膠體雜質(zhì)、腐殖酸，又能去除水中污染的浮油及藻類微生物和細菌、病毒等。與其他高級氧化技術(shù)相比，臭氧氧化技術(shù)以受污水pH值及溫度影響小，除色、臭、味等效率高，能增加水中的溶解氧、改善水質(zhì)，在水中易分解、不會因殘留造成二次污染等優(yōu)點應(yīng)用更為廣泛。

臭氧用于污水處理中的原理主要在于利用臭氧的強氧化性能，臭氧是目前已知的最強的氧化劑之一。臭氧與簡單或者復雜的有機物反應(yīng)后得到一些相同的產(chǎn)物：乙醛、羧酸、脂肪族、芳香族及其他的氧化物。這些產(chǎn)物很容易生化降解，而且沒有明顯的毒性。臭氧不僅能氧化水中的無機物，如CN-、NH3等，而且能氧化難以生物降解的有機物，如芳烴化合物等。臭氧化反應(yīng)的途徑有兩條：其一是臭氧通過親核或親電作用直接參與反應(yīng)；其二是臭氧在堿等因素作用下，通過活潑的自由基，主要有?OH與污染物反應(yīng)。臭氧能與許多有機物或官能團發(fā)生反應(yīng)：C==C、C≡C、芳香化合物、雜環(huán)化合物、碳環(huán)化合物、==N-N、==S、C≡N、C-N、C-Si、-OH、-SH、-NH2、-CHO、-N==N-等。

影響臭氧處理污水效率的主要因素之一是臭氧與污水的接觸方式。目前廣泛應(yīng)用的臭氧與污水的接觸方式主要是利用氣液混合泵、射流與曝氣三種方式。但不論是何種方式，來氣中的臭氧都不能與廢水100%完全反應(yīng)。在三種混合方式中，氣液混合泵的混合效率最高，但也只有80%左右。剩下的臭氧隨廢氣從廢水中分離，經(jīng)過尾氣處理后排放。由于臭氧與污水的混合效率低，大量的臭氧未能使用而是隨廢氣排放，一方面造成臭氧資源的浪費，另一方面，也造成了空氣的污染。

臭氧氧化應(yīng)用于污水處理中的運行成本主要來自于臭氧發(fā)生器的電費，因此，臭氧的利用效率越低，單位體積污水的運行費用越高，并且處理相同產(chǎn)量的污水，所需要購置的臭氧發(fā)生機規(guī)格越大，使得運行成本和一次建設(shè)投入成本增高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備及其廢水處理方法，旨在降低臭氧處理廢水過程中的運行成本和建設(shè)成本。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備，包括多個依次連接的反應(yīng)艙室、以及設(shè)置于反應(yīng)艙室內(nèi)的氣路系統(tǒng)和水路系統(tǒng)，其中，

所述氣路系統(tǒng)包括多根用于連接相鄰兩反應(yīng)艙室的導氣管、設(shè)置于所述反應(yīng)艙室的頂端和底端的出氣口和進氣口、以及與所述進氣口連通的曝氣頭，所述水路系統(tǒng)包括位于頭端反應(yīng)艙室設(shè)置的用于供廢水進入的進水管、位于尾端反應(yīng)艙室設(shè)置的用于供廢水流出的出水管、位于每一反應(yīng)艙室內(nèi)的溢流板、以及設(shè)置于中間的反應(yīng)艙室之間以將相鄰兩所述反應(yīng)艙室連通的過水管，所述導氣管的兩端分別連接一反應(yīng)艙室的出氣口和另一反應(yīng)艙室的進氣口以將相鄰兩反應(yīng)艙室連通。

優(yōu)選地，所述溢流板的高度低于反應(yīng)艙室的高度。

優(yōu)選地，所有所述反應(yīng)艙室內(nèi)的溢流板安裝高度相同。

優(yōu)選地，每一所述反應(yīng)艙室均設(shè)置有兩所述曝氣頭，所述溢流板將同一反應(yīng)艙室的兩曝氣頭分隔開來。

本發(fā)明進一步提出一種基于臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備的廢水處理方法，包括以下步驟：

將頭端的反應(yīng)艙室的進水管接入待處理廢水或臭氧氣液混合泵，且頭端的反應(yīng)艙室的進氣口還與臭氧發(fā)生器連接，相鄰兩反應(yīng)艙室通過導氣管連通；

在頭端的反應(yīng)艙室內(nèi)廢水從下向上流動，越過溢流板后從上往下流動，并通過過水管進入第二個反應(yīng)艙室中，同時氣體向上走，經(jīng)過導氣管與第二個反應(yīng)艙室的進氣口連接，并通過曝氣頭進入第二個反應(yīng)艙室中，在第二個反應(yīng)艙室內(nèi)反應(yīng)的氣體與廢水分別是第一個反應(yīng)艙內(nèi)反應(yīng)后的剩余氣體與廢水，后面反應(yīng)艙室內(nèi)的情況依次類推實現(xiàn)了臭氧與廢水的多級反應(yīng)，廢水與氣體在后面的反應(yīng)艙室內(nèi)不斷重復接觸并反應(yīng)，以降低廢水中污染因子的濃度和氣體中剩余臭氧的濃度；

氣體與廢水在尾端的反應(yīng)室艙內(nèi)反應(yīng)后，氣體從反應(yīng)室艙的排氣口排入尾氣處理裝置，廢水從出水管排出，進入下一級污水處理單元。

本發(fā)明提出的臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備具有以下有益效果：

1.利用折流式廢水流動路線，實現(xiàn)了臭氧與廢水的多級反應(yīng)，延長了臭氧與廢水反應(yīng)的時間，提高了臭氧的利用效率，提高了污水處理效率，降低臭氧處理污水的運行成本；

2.利用與廢水反應(yīng)完的廢氣進行進一步反應(yīng)，降低排放廢氣中臭氧的濃度；

3.本設(shè)備完全利用重力和反應(yīng)系統(tǒng)剩余壓力工作，無額外能耗，從而降低了臭氧處理污水的運行成本和建設(shè)成本；

4.設(shè)計的溢流板式結(jié)構(gòu)使得氣液可以連續(xù)進行多級反應(yīng)，氣液反應(yīng)和分離同時進行，無需間斷，從而提高了污水處理效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備優(yōu)選實施例的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備中兩個反應(yīng)艙室的水氣流路示意圖。

圖中，1-1、出氣口；1-2、導氣管；1-3、進氣口；1-4、曝氣頭；2-1、進水管；2-2、溢流板；2-3、過水管；2-4、出水管。

本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提出一種臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備。

參照圖1至圖3，圖3中虛線箭頭表示廢水流向，實線箭頭表示氣體流向。本優(yōu)選實施例中，一種臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備，包括多個依次連接的反應(yīng)艙室、以及設(shè)置于反應(yīng)艙室內(nèi)的氣路系統(tǒng)和水路系統(tǒng)，其中，

氣路系統(tǒng)包括多根用于連接相鄰兩反應(yīng)艙室的導氣管1-2、設(shè)置于反應(yīng)艙室的頂端和底端的出氣口1-1和進氣口1-3、以及與進氣口1-3連通的曝氣頭1-4，水路系統(tǒng)包括位于頭端反應(yīng)艙室設(shè)置的用于供廢水進入的進水管2-1、位于尾端反應(yīng)艙室設(shè)置的用于供廢水流出的出水管2-4、位于每一反應(yīng)艙室內(nèi)的溢流板2-2、以及設(shè)置于中間的反應(yīng)艙室之間以將相鄰兩反應(yīng)艙室連通的過水管2-3，導氣管1-2的兩端分別連接一反應(yīng)艙室的出氣口1-1和另一反應(yīng)艙室的進氣口1-3以將相鄰兩反應(yīng)艙室連通。

具體地，反應(yīng)艙室為長方體形狀。反應(yīng)艙室至少設(shè)置有兩個。相鄰兩反應(yīng)艙室可共用一側(cè)壁以節(jié)約空間和成本。

溢流板2-2的高度低于反應(yīng)艙室的高度。由于水路系統(tǒng)采用連通器式的設(shè)計，廢水的液面高度會略高于溢流板2-2的高度，在高于液面高度以上的空間內(nèi)，氣液進行分離。所有反應(yīng)艙室內(nèi)的溢流板2-2安裝高度相同。

進一步地，每一反應(yīng)艙室均設(shè)置有兩曝氣頭1-4，溢流板2-2將同一反應(yīng)艙室的兩曝氣頭1-4分隔開來，從而提高了臭氧的利用效率。

頭端的反應(yīng)腔室的進水管2-1與待處理廢水或臭氧氣液混合泵連接。本設(shè)備既可以接在氣液混合泵后使用，也可以自行使用。在自行使用時，頭端的反應(yīng)腔室的進水管2-1接入待處理廢水，第一個反應(yīng)艙室的進氣口1-3接臭氧發(fā)生器。在與臭氧氣液混合泵串聯(lián)使用時，第一個反應(yīng)腔室的進水管2-1與臭氧氣液混合泵的出水口相連即可。不論是串聯(lián)在氣液混合泵后使用，還是作為臭氧與廢水混合的第一級反應(yīng)器使用，臭氧和廢水會在第一個反應(yīng)艙內(nèi)分離。

本實施例在此以兩個反應(yīng)艙室來具體說明氣體和液體的流向。在一號反應(yīng)艙室（圖3中左側(cè)的反應(yīng)艙室）內(nèi)，廢水從進水管2-1流入，水在反應(yīng)艙室左側(cè)從下往上流，氣體由于密度比水輕，也快速上浮，集中到一號反應(yīng)艙室上部的反應(yīng)艙室內(nèi)。當一號反應(yīng)艙室左側(cè)液面高于溢流板2-2時，水流過溢流板2-2進入一號反應(yīng)艙室右側(cè)，右側(cè)部分廢水從上向下流，水中的氣體仍然快速上浮，聚集到一號反應(yīng)艙室內(nèi)。一號反應(yīng)艙室的廢水通過過水管2-3進入二號反應(yīng)艙室（圖3中右側(cè)的反應(yīng)艙室）左側(cè)。由于不斷有氣體聚集到一號反應(yīng)艙室上方的反應(yīng)艙室，一號反應(yīng)艙室內(nèi)氣壓逐步升高，當一號反應(yīng)艙室內(nèi)氣壓高于二號反應(yīng)艙內(nèi)的壓力時，一號反應(yīng)艙室內(nèi)的氣體通過上方的出氣口1-1進入導氣管1-2，并通過導氣管1-2、曝氣頭1-4進入二號反應(yīng)艙室，與二號反應(yīng)艙室內(nèi)的廢水發(fā)生二次反應(yīng)。二號反應(yīng)艙室內(nèi)的廢水在從溢流板2-2左側(cè)流到溢流板2-2右側(cè)時，會與來自于一號反應(yīng)艙室的氣體連續(xù)發(fā)生兩次接觸反應(yīng)。后面反應(yīng)艙室內(nèi)的情況依次類推。在廢水與廢氣在后面的反應(yīng)艙室內(nèi)不斷重復接觸、反應(yīng)時，氣體中的剩余臭氧不斷與廢水中剩余的污染物發(fā)生反應(yīng)，降低廢水COD等污染因子的濃度，廢氣中剩余臭氧的濃度也越來越低。通過這種重復多級反應(yīng)的方式能有效提高廢水與臭氧發(fā)生氧化反應(yīng)的效率。最終，在最后一個反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)后，廢氣從上方的排氣口排入尾氣處理裝置，廢水從出水管2-4排出，進入下一級污水處理單元。

本發(fā)明提出的臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備具有以下有益效果：

1.利用折流式廢水流動路線，實現(xiàn)了臭氧與廢水的多級反應(yīng)，延長了臭氧與廢水反應(yīng)的時間，提高了臭氧的利用效率，提高了污水處理效率，降低臭氧處理污水的運行成本；

2.利用與廢水反應(yīng)完的廢氣進行進一步反應(yīng)，降低排放廢氣中臭氧的濃度；

3.本設(shè)備完全利用重力和反應(yīng)系統(tǒng)剩余壓力工作，無額外能耗，從而降低了臭氧處理污水的運行成本和建設(shè)成本；

4.設(shè)計的溢流板式結(jié)構(gòu)使得氣液可以連續(xù)進行多級反應(yīng)，氣液反應(yīng)和分離同時進行，無需間斷，從而提高了污水處理效率。

本發(fā)明進一步提出一種基于臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備的廢水處理方法。

本優(yōu)選實施例提出一種基于上述臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備的廢水處理方法，包括以下步驟：

將頭端的反應(yīng)艙室的進水管接入待處理廢水或臭氧氣液混合泵，且頭端的反應(yīng)艙室的進氣口還與臭氧發(fā)生器連接，相鄰兩反應(yīng)艙室通過導氣管連通；

在頭端的反應(yīng)艙室內(nèi)廢水從下向上流動，越過溢流板后從上往下流動，并通過過水管進入第二個反應(yīng)艙室中，同時氣體向上走，經(jīng)過導氣管與第二個反應(yīng)艙室的進氣口連接，并通過曝氣頭進入第二個反應(yīng)艙室中，在第二個反應(yīng)艙室內(nèi)反應(yīng)的氣體與廢水分別是第一個反應(yīng)艙內(nèi)反應(yīng)后的剩余氣體與廢水，后面反應(yīng)艙室內(nèi)的情況依次類推實現(xiàn)了臭氧與廢水的多級反應(yīng)，廢水與氣體在后面的反應(yīng)艙室內(nèi)不斷重復接觸并反應(yīng)，以降低廢水中污染因子的濃度和氣體中剩余臭氧的濃度；

氣體與廢水在尾端的反應(yīng)室艙內(nèi)反應(yīng)后，氣體從反應(yīng)艙室的排氣口排入尾氣處理裝置，廢水從出水管排出，進入下一級污水處理單元。

本發(fā)明提出的臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備的廢水處理方法具有以下有益效果：

1.利用折流式廢水流動路線，實現(xiàn)了臭氧與廢水的多級反應(yīng)，延長了臭氧與廢水反應(yīng)的時間，提高了臭氧的利用效率，提高了污水處理效率，降低臭氧處理污水的運行成本；

2.利用與廢水反應(yīng)完的廢氣進行進一步反應(yīng)，降低排放廢氣中臭氧的濃度；

3.利用重力和反應(yīng)系統(tǒng)剩余壓力工作，無額外能耗，從而降低了臭氧處理污水的運行成本和建設(shè)成本；

4.臭氧曝氣反應(yīng)設(shè)備的溢流板式結(jié)構(gòu)使得氣液可以連續(xù)進行多級反應(yīng)，氣液反應(yīng)和分離同時進行，無需間斷，從而提高了污水處理效率。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。