本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种用于处理废水的连续运行式臭氧催化氧化装置及一种连续运行式臭氧催化氧化方法。
背景技术：
臭氧具有很强的氧化能力，臭氧技术作为一项清洁环保技术已广泛应用于水处理中，主要用于去除水中的难生化降解有机物。在实际使用过程中发现，单独的臭氧氧化存在着氧化选择性强、氧化效率低、效果不稳定等缺点，氧化时间长，造成投资和运行成本比较高，而催化剂的添加使得氧化效率得到显著提升，降低了臭氧投加量，缩短了处理时间。
目前，以固体催化剂的非均相臭氧氧化技术成为研究和应用的热点，但在实际运行过程中发现，一方面系统传质效果不佳，另一方面臭氧催化剂容易受到污染，尤其当进水为悬浮物浓度高、有机物浓度高等水质比较恶劣的情况下，在臭氧催化氧化装置连续运行一段时间后，催化剂表面吸附水中的悬浮物及粘泥等氧化产物等有害杂质而受到污染，从而造成氧化效率的显著降低。
为保证臭氧氧化效果的稳定，需要设置催化剂清洗装置，如反冲洗风管、反冲洗水管，运行过程中一旦出现催化剂污染的情况，立即停止进水，并启动冲洗装置，采用高强度的反洗风和反洗水清洗催化剂床层，以恢复催化剂的性能，待反洗结束再重新正常进水运行。反洗装置的设置一方面增加了设备投资，另一方面，在反洗过程中会产生一部分高浓度的反洗水，这部分水的产生增加了系统的处理压力，此外，反洗会造成臭氧催化氧化装置的停止运行。
有鉴于此，有必要提供一种改进的连续运行式臭氧催化氧化装置及连续运行式臭氧催化氧化方法，以解决上述问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能够连续不停车运行的连续运行式臭氧催化氧化装置及连续运行式臭氧催化氧化方法。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种连续运行式臭氧催化氧化装置，包括第一反应器、连接于第一反应器上方的废水进水装置、向所述第一反应器内底部提供臭氧的主臭氧进气装置、与所述第一反应器并排设置的第二反应器、从底部连接所述第一反应器和所述第二反应器的连通器、位于第二反应器内底部的垫层、位于所述垫层上方的催化剂层、于所述催化剂层下方向所述第二反应器内提供空气的空气布气装置、连接于所述第二反应器上方的出水装置。
作为本发明的进一步改进，所述主臭氧进气装置包括位于第一反应器内底部的主臭氧微孔曝气器、与所述主臭氧微孔曝气器连通的主臭氧进气管。
作为本发明的进一步改进，所述空气布气装置包括位于所述催化剂层下方的空气布气器、与所述空气布气器连通的空气进气管。
作为本发明的进一步改进，所述空气布气器设于所述垫层内。
作为本发明的进一步改进，所述催化剂层由若干颗粒催化剂堆叠形成。
作为本发明的进一步改进，所述催化剂的粒径介于2mm~6mm。
作为本发明的进一步改进，所述连续运行式臭氧催化氧化装置还包括向所述第二反应器内提供臭氧的辅助臭氧进气装置，所述辅助臭氧进气装置包括设置于所述催化剂层底部的辅助臭氧曝气器、与所述辅助臭氧曝气器连通的辅助臭氧进气管。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种连续运行式臭氧催化氧化方法，包括如下步骤：开启废水进水装置，废水连续从废水进水装置进入第一反应器，并在所述第一反应器内自上而下流动；开启主臭氧进气装置向所述第一反应器内底部提供臭氧，臭氧与第一反应器内的废水逆流接触后随废水通过所述连通器流入第二反应器并在第二反应器内自下向上流动；开启空气布气装置在所述催化剂层下方向所述第二反应器内提供空气，空气自下向上连续地对催化剂层进行冲洗；开启出水装置使处理后的水流出所述第二反应器。
作为本发明的进一步改进，所述空气布气装置向所述第二反应器内提供的空气流量介于5 m3.m-2.h-1 ~ 15m3.m-2.h-1。
作为本发明的进一步改进，所述连续运行式臭氧催化氧化装置还包括向所述第二反应器内提供臭氧的辅助臭氧进气装置，所述辅助臭氧进气装置包括设置于所述催化剂层底部的辅助臭氧曝气器、与所述辅助臭氧曝气器连通的辅助臭氧进气管；所述连续运行式臭氧催化氧化方法还包括：开启所述辅助臭氧进气装置，向所述第二反应器内提供臭氧。
本发明的有益效果是：本发明的连续运行式臭氧催化氧化装置，通过主臭氧进气装置和空气布气装置，一方面提高了气液传质效果，另一方面实现了对催化剂层的持续冲洗，有效防止催化剂的污染，使连续运行式臭氧催化氧化装置能连续不停车运行，同时撤销了反冲洗系统，简化了结构。
附图说明
图1是本发明的连续运行式臭氧催化氧化装置的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
请参阅图1所示，为本发明的连续运行式臭氧催化氧化装置100，包括第一反应器1、连接于第一反应器1上方的废水进水装置2、向所述第一反应器1内底部提供臭氧的主臭氧进气装置3、与所述第一反应器1并排设置的第二反应器5、从底部连接所述第一反应器1和所述第二反应器5的连通器4、位于第二反应器5内底部的垫层6、位于所述垫层6上方的催化剂层7、于所述催化剂层7下方向所述第二反应器5内提供空气的空气布气装置8、连接于所述第二反应器5上方的出水装置9。
废水的流向为：废水从所述废水进水装置2进入所述第一反应器1内并自上而下流动，再经所述连通器4进入第二反应器5底部，然后废水在第二反应器5内自下而上流动，最后经过所述出水装置9排出所述第二反应器5进而被回收或排放。
所述废水进水装置2位于所述第一反应器1上方，而所述主臭氧进气装置3向所述第一反应器1内底部提供臭氧，故废水进入所述第一反应器1后自上而下流动，与臭氧逆流撞击接触进而有效形成气-水混合液，增大了臭氧与废水的接触面积，使一部分臭氧与水中的有机物反应，另一方面使部分臭氧溶解于水中，并随水流通过底部连通器4进入第二反应器5底部。
进一步地，所述主臭氧进气装置3包括位于第一反应器1内底部的主臭氧微孔曝气器31、与所述主臭氧微孔曝气器31连通的主臭氧进气管32。所述主臭氧微孔曝气器31为钛盘微孔曝气器，臭氧气体从主臭氧进气管32经钛盘微孔曝气器以较高的速度扩散至废水中形成臭氧微气泡，能够更有效形成气-水混合液。
所述垫层6由石块、瓷球等组成，用以支撑所述催化剂层7。
溶有臭氧的废水经过催化剂层7时，臭氧在催化剂的作用下产生羟基自由基，进一步氧化废水中的有机物，从而实现废水的臭氧催化氧化。本实施例中，所述催化剂层7由若干颗粒催化剂堆叠形成，所述催化剂的粒径介于2mm~6mm，使得催化剂、废水和臭氧具有较大的接触面积，能够有效提高臭氧催化氧化效果；同时颗粒状催化剂之间的空隙适中，不容易堵塞且便于冲洗。
所述空气布气装置8包括位于所述催化剂层7下方的空气布气器81、与所述空气布气器81连通的空气进气管82。在连续运行式臭氧催化氧化装置100运行时，空气不断地经空气布气器81进入第二反应器5中，空气自下而上流动持续不断地对催化剂层7进行冲洗，从而使得催化剂表面保持清洁而不受污染。
本实施例中，所述空气布气器81设于所述垫层6内，借助所述垫层6给所述空气布气器81提供支撑和固定，于其他实施例中，也可以设置其他固定结构固定所述空气布气器81。所述空气布气装置8向所述第二反应器5内提供的空气流量介于5 m3.m-2.h-1 ~ 15m3.m-2.h-1，即每小时经过催化剂层7的横截面积1m2的空气量为5 m3~ 15m3，催化剂层7的横截面积也即第二反应器5的横截面积。
进一步地，所述连续运行式臭氧催化氧化装置100还包括向所述第二反应器5内提供臭氧的辅助臭氧进气装置10，所述辅助臭氧进气装置10包括设置于所述催化剂层7底部的辅助臭氧曝气器101、与所述辅助臭氧曝气器101连通的辅助臭氧进气管102。通过辅助臭氧进气装置10可灵活调整臭氧投加，有效防止了因系统进水水质恶劣而造成出水恶化的情况，保证了氧化效率的稳定，使氧化装置具有较强的抗冲击能力。另外，通过主臭氧进气装置3和辅助臭氧进气装置10分批加入臭氧，由主臭氧进气装置3加入的臭氧先与废水中的有机物反应，在一定程度上减少了废水中溶解的臭氧的含量，由辅助臭氧进气装置10加入的臭氧后与废水混合，使得臭氧与废水的混合效果好，提高了臭氧的利用率。
所述辅助臭氧进气装置10可选择性地开启或关闭，当进水水质比较恶劣时，开启辅助臭氧进气装置10，臭氧从辅助臭氧进气管102进入经辅助臭氧曝气器101释放，使更多的臭氧参与催化氧化反应，从而保证废水的处理效果。
采用上述连续运行式臭氧催化氧化装置100的连续运行式臭氧催化氧化方法，包括如下步骤：开启废水进水装置2，使得废水连续从废水进水装置2进入第一反应器1，并在所述第一反应器1内自上而下流动；开启主臭氧进气装置3，向所述第一反应器1内底部提供臭氧，臭氧与第一反应器1内的废水逆流接触，一方面通过强化传质使一部分臭氧与废水中的有机物反应，另一方面使部分臭氧溶解于废水中，并随废水通过所述连通器4流入第二反应器5，废水在第二反应器5内自下向上流动依次经过垫层6、催化剂层7；开启空气布气装置8，在所述催化剂层7下方向所述第二反应器5内提供空气，空气自下向上连续地对催化剂层7进行冲洗；开启出水装置9，供处理后的水流出所述第二反应器5进而被回收利用或排放。
废水进水装置2、主臭氧进气装置3、空气布气装置8可以同时开启，也可以先后开启，其开启顺序不做限定可任意更改；而出水装置9一般最后开启，以保证废水处理效果。
在使用前，连续运行式臭氧催化氧化装置100内可以空置，此时需要先开启废水进水装置2，待废水达到所述主臭氧微孔曝气器31后再开启主臭氧进气装置3避免臭氧逸出；待废水到达催化剂层时或更高时再开启空气布气装置8。
当然，在使用前也可以先在连续运行式臭氧催化氧化装置100内注入清水或处理过的水，此时，废水进水装置2、主臭氧进气装置3、空气布气装置8、出水装置9可以同时开启。
其中，溶有臭氧的废水在流经催化剂层7的过程中，臭氧在催化剂的作用下产生羟基自由基，通过羟基自由基进一步氧化废水中的有机物，从而实现废水的臭氧催化氧化，氧化出水流至顶部经出水装置9排出。
空气以5 m3.m-2.h-1 ~ 15m3.m-2.h-1的冲洗强度持续不断地从空气进气管82进入并经空气布气器81释放，持续不断地对催化剂层7进行冲洗，从而使催化剂表面保持清洁而不受污染。
进一步地，在具有所述辅助臭氧进气装置10的实施例中，当进水水质比较恶劣时，开启辅助臭氧进气装置10，臭氧从辅助臭氧进气管102进入经辅助臭氧曝气器101释放，使更多的臭氧参与催化氧化反应，从而保证废水的处理效果。根据进水中含有的杂质、有机物的种类和多少，可以选择性的打开或关闭所述辅助臭氧进气装置10以适当调节臭氧的含量。
综上所述，本发明的连续运行式臭氧催化氧化装置100，通过主臭氧进气装置3和空气布气装置8，一方面提高了气液传质效果，另一方面实现了对催化剂层7的持续冲洗，有效防止催化剂的污染，使连续运行式臭氧催化氧化装置100能连续不停车运行，同时撤销了反冲洗系统，简化了结构。另外，通过设置辅助臭氧进气装置10，可灵活调整臭氧投加，有效防止了因系统进水水质恶劣而造成出水恶化的情况，保证了氧化效率的稳定，使氧化装置具有较强的抗冲击能力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。