一种废水处理设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种工业废水处理设备，尤其涉及一种组合单元式催化臭氧法处理工 业废水的设备。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济形势的高速发展和人民生活水平的日益提高，工业废水的产生量和 处理难度也随之增长。尤其是制药、化工、焦化、炼油、塑料、印染等行业，其废水中含有大量 有毒有害且难以降解的有机污染物，如酚类、多环芳烃、有机氮化合物、有机氯化物、杂环化 合物等，其数量和种类急剧增加，含有这些污染物的废水有颜色、臭味或易生泡沫，浓度高， 水质波动较大，经过一般传统生化工艺难以稳定达标。因此，必须与其他处理技术配合才能 达到处理要求。
[0003] 目前，高级氧化法是针对难降解有机污染物处理的研究和应用热点。按所用的氧 化剂及催化条件的不同，高级氧化技术通常包括Fenton试剂法、半导体光催化氧化法、超 声化学氧化法、湿式氧化法、超临界氧化法、臭氧法等。其中，臭氧法是最早应用于工程实际 的方法之一。
[0004] 臭氧不仅可以消毒，还可降低COD、B0D，还具有脱色、除臭、除味、杀菌、消毒等作 用；反应条件温和，在常温常压下即可进行反应；同时臭氧作为强氧化剂，有极强的氧化能 力，分解后变成氧气，不易产生二次污染，是较为安全的废水处理技术。
[0005] 在水溶液中，臭氧的氧化作用是通过两种反应机制实现的，第一种是直接反应，臭 氧利用其强氧化性直接与有机污染物接触反应，在有机分子的双键位置发生选择性加成反 应，改变有机物的化学结构，将不饱和烃转化为饱和烃，将大分子量的物质转化为小分子量 的物质，使废水中的有机物降解。该化学反应具有选择性，氧化的顺序为：链烯烃>胺>酚 >多环芳香烃>醇>醛>链烷烃。第二种是间接反应，在常温常压下，臭氧通过产生羟基自 由基·〇Η与有机污染物反应，当加入催化剂时，短时间内会产生更多的羟基自由基·0Η，提 高反应速率。羟基自由基·〇Η化学性质非常活泼，具有较高的氧化还原电位和电子亲合能 力，是一种氧化性很强的基团，在废水处理过程中，它可以通过亲电加成、脱氢、电子转移的 方式与有机污染物进行反应，反应速率常数为108~1010m〇l*L-l*s-l，反应程度比较彻 底。羟基自由基·〇Η作为二次氧化剂与有机污染物发生反应之后，生成的有机自由基可继 续参与羟基自由基·〇Η的链式反应，或者通过生成的有机过氧化物自由基进一步发生氧化 分解反应。通过催化臭氧氧化的手段，可直接使有机污染物矿化，使出水水质达标，也可减 小其毒害性，从而提高可生化性，以便进行下一步处理。
[0006] 金属氧化物催化臭氧氧化法降解水中的有机物已经投入实践，根据催化方式的不 同，催化臭氧氧化可分为两种方式：一种是利用溶液中金属离子的均相催化臭氧氧化，金属 离子的介入能够加速臭氧的分解，强化产生自由基等活性中间体以提高臭氧的氧化能力， 也大大增强了臭氧的利用率，缺陷是存在处理后水中金属离子的溶出问题，尤其是含钴催 化剂，这会降低催化剂的使用寿命，使其利用率降低，还可能造成二次污染，运行维护费用 较高。另一种是固态金属、金属氧化物和负载在载体上金属或金属氧化物的非均相催化臭 氧化，从外形上，可分为球型、柱型或海绵形等，该法稳定性好，不容易流失，不引入二 次污染，无需后续处理，催化剂可再生重复使用等，但接触面积相应减小，内扩散速度较 慢，反应速率随之下降。
[0007] 普通的臭氧法工程应用时在短期接触的时间里仅仅能够去除部分含有不饱和双 键的芳香族化合物，臭氧的氧化能力虽强，但处理化学结构复杂而且稳定的难降解有机污 染物时不能进行快速有效的氧化处理，效率和效果不是很理想。
[0008] 因此与普通的臭氧氧化法相比，催化臭氧氧化技术将臭氧的强氧化性和催化剂的 吸附特性、催化特性结合起来，能解决常规工艺有机污染物较难降解的问题，速率和效率更 高，可明显增强对芳香族化合物、含氮化合物及杂环类化合物等有潜在毒害性的有机污染 物的去除能力，增强臭氧氧化法对有机物的破坏力和无机化程度，还可减少后续氯化消毒 工艺所形成消毒副产物如三氯甲烷等的含量。
[0009] 催化臭氧氧化法能用于处理多种工业废水，有非常广阔的应用前景。但其目前还 仍存在一些不足之处。
[0010] -是催化剂利用率问题，现有的固体臭氧氧化分解催化剂主要有单质金属（Mn， Zn，Fe，Cu，Ni等)、金属氧化物（Mn02,ZnO,Ti02等）或金属氧化物与其他物质的复合物 (A1203/Ti02，C/Ti02等)。贵金属由于昂贵的价格限制了其应用，单质金属固体催化剂容 易被臭氧氧化分解，催化剂利用率低；金属氧化物或金属氧化物与其他物质的复合物强度 低，易破碎，导致催化剂的使用周期短，而且水体中目标污染物与金属氧化物催化剂表面强 烈的吸附作用导致催化剂活性降低，除污效率仅为70~80%。
[0011] 二是反应效率问题，臭氧发生器提供的臭氧能否在催化剂的作用下得到充分应 用，主要由臭氧氧化反应器决定，催化臭氧氧化法废水处理技术，涉及到固、液、气三相，反 应环境较为复杂，反应过程中水的pH、温度、催化剂、物质间的吸附作用等诸多影响因素不 易控制，会影响到反应效率。
[0012] 三是臭氧反应器设备成本问题，大部分反应器都需要针对不同工程进行特殊设 计，体积较大，颇为笨重，内部结构复杂，难以大规模批量化投入生产，因而设备成本相对较 商。
[0013] 综上所述，催化臭氧氧化的效果固然优异，但仍存在着臭氧利用率低，催化剂易流 失，反应速率不高，耗能大，投资费用和基建成本较高，配套工艺和技术不够完善以及废水 处理系统安全等问题，因此，如何有效的解决上述问题是催化臭氧工艺进一步推广应用的 关键。
【发明内容】
[0014] 针对上述现有技术，为了克服现有臭氧催化工艺的缺点，特别是臭氧氧化设备利 用率过低，投资和基建成本偏高的不足之处，本发明提供一种废水处理设备，通过设备部件 的组合和优化，能够有效降低生产成本，提高臭氧反应效率，从而高效去除难降解工业废水 中各类污染物，降低废水毒性和色度，并能同时提高废水的可生化性。
[0015] 为了解决上述技术问题，本发明一种废水处理设备予_以实现的技术方案是：包 括自下而上依次相连的气水混合区、催化反应区和气水分离区，所述气水混合区由进水主 管和气水混合器构成，所述气水混合区用于充分混合臭氧气体和来水；所述气水分离区由 出水主管和气水分离器构成，所述气水分离区用于将反应后的残余的含有臭氧的气体与出 水分离；所述催化反应区由多个结构相同的反应单元构成，所述反应单元为圆柱形反应器， 包括反应器腔体，所述反应器腔体内设有粗过滤层、负载催化剂层和细过滤层，所述反应器 腔体内的粗过滤层、负载催化剂层及细过滤层是自进水主管向出水主管方向依次布置；各 层之间设有托板，所述反应器腔体内壁上设有用于调整托板位置的支撑圈；所述进水主管 和所述出水主管均为水平布置，所述反应器腔体的轴线呈坚直布置，所有的圆柱形反应器 分别并联于所述进水主管和所述出水主管之