臭氧多级催化氧化装置

摘要

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种臭氧多级催化氧化装置。包括臭氧发生器、调节罐、催化氧化反应器和臭氧尾气破坏器，臭氧发生器的进口连接进气管线，臭氧发生器的出口连接臭氧气路，调节罐下部设置进水管，调节罐顶部与催化氧化反应器顶部通过L曲型管道连接，L曲型管道插入催化氧化反应器内部，催化氧化反应器内设有紫外催化装置，紫外催化装置包含多根紫外灯管，紫外灯管外部均罩有石英套管，石英套管上部通过螺母固定，石英套管在催化氧化反应器内部通过臭氧催化剂固定，催化氧化反应器内底部装有臭氧曝气器，臭氧曝气器通过臭氧支路与臭氧气路连通。本发明所述的装置使用环境无特殊要求，催化剂催化效率高，臭氧利用效果好。

权利要求

1.一种臭氧多级催化氧化装置，其特征在于：包括臭氧发生器（1）、调节罐（2）、催化氧化反应器（3）和臭氧尾气破坏器（4），臭氧发生器（1）的进口连接进气管线（8），臭氧发生器（1）的出口连接臭氧气路（9），调节罐（2）下部设置进水管（5），调节罐（2）顶部与催化氧化反应器（3）顶部通过L曲型管道（6）连接，L曲型管道（6）插入催化氧化反应器（3）内部；

L曲型管道（6）为螺旋状管道，管道上方为进水口，下方为出水口，调节罐（2）连接处距离调节罐（2）顶部8‑10cm，L曲型管道（6）插入催化氧化反应器（3）内部，距离催化氧化反应器（3）底部5‑8cm；

催化氧化反应器（3）内设有紫外催化装置（14），紫外催化装置（14）包含多根紫外灯管，紫外灯管外部均罩有石英套管，石英套管上部通过螺母固定，石英套管在催化氧化反应器（3）内部通过臭氧催化剂（15）固定，催化氧化反应器（3）内底部装有臭氧曝气器（16），臭氧曝气器（16）通过臭氧支路（10）与臭氧气路（9）连通，催化氧化反应器（3）顶部设有残留气体出气口（11），残留气体出气口（11）通过管线与臭氧尾气破坏器（4）连接，臭氧尾气破坏器（4）连接排气孔（12），催化氧化反应器（3）上部设置出水口（7），催化氧化反应器（3）底部装有放空管（13），放空管（13）上设有放空阀（17）；

臭氧曝气器（16）包括旋流桶（18）、混合槽（19）、主水气切割翅（20）、微型水气切割翅（21）、射流管（22）、止回阀（23）、进气法兰连接盘（24）、进气管（25）、筒体支架（26）、板状支撑层（27），旋流桶（18）为圆周状二段式圆形空心筒体结构，出口向上，下段为臭氧进气段，上段为臭氧与废水混合段，

主水气切割翅（20）和微型水气切割翅（21）设置在旋流桶（18）上段内侧，主水气切割翅（20）根部固定在旋流桶（18）内壁上，微型水气切割翅（21）固定在主水气切割翅（20）上，射流管（22）和混合槽（19）设置在旋流桶（18）下段内侧，射流管（22）位于下端，射流管（22）的顶部连接混合槽（19）的底部，混合槽（19）顶部固定在旋流桶（18）内壁上，进气管（25）设置在旋流桶（18）下段外侧，进气管（25）端部连接进气法兰连接盘（24），进气管（25）穿过旋流桶（18）与射流管（22）的底部相连，进气管（25）与射流管（22）之间设置有止回阀（23），筒体支架（26）设置在旋流桶（18）外部，板状支撑层（27）环绕在筒体支架（26）与旋流桶（18）外壁；

出水口（7）通过回流管线连接至进水管（5），回流管线上设置有回流泵（28）；

臭氧催化剂（15）以不锈钢或合金作为基材，基材表面设有两层催化涂层，第一层涂层为活性氧化物涂层，第二层 涂层为活性组分涂层；

第一层涂层为活性氧化物涂层，由γ活性氧化铝与氧化铈按照质量比0.9‑0.96:0.04‑

0.1形成浆液后，加入0.01份分散剂定量涂覆后烘干焙烧而成；第二层 涂层为活性组分涂层，由γ活性氧化铝、硫酸亚铁、醋酸铜、二氧化钛、铝胶粘结剂按照质量比0.8‑0.9:0.03‑

0.05:0.05‑0.03:0.01‑0.02:0.01‑0.02形成浆液后，加入0.01份分散剂定量涂覆后烘干焙烧而成。

2.根据权利要求1所述的臭氧多级催化氧化装置，其特征在于：调节罐（2）为长方体结构，催化氧化反应器（3）为圆柱状结构，调节罐（2）高度与催化氧化反应器（3）高度一致，调节罐（2）横截面长度与催化氧化反应器（3）圆柱面直径一致，调节罐（2）横截面宽度与催化氧化反应器（3）圆柱面半径一致。

3.根据权利要求1所述的臭氧多级催化氧化装置，其特征在于：催化氧化反应器（3）内壁经抛光打磨，内壁表面粗糙度值Ra 0.03‑0.05μm。

4.根据权利要求1所述的臭氧多级催化氧化装置，其特征在于：石英套管在催化氧化反应器（3）内部通过3‑5层臭氧催化剂（15）固定，石英套管间距为15‑25cm，每3根紫外灯管与镇流器相连，镇流器与紫外灯管间距为100‑200cm，横截面内每4根紫外灯管构成正方形结构，臭氧曝气器（16）放置在该正方形结构中心处。

5.根据权利要求1所述的臭氧多级催化氧化装置，其特征在于：主水气切割翅（20）分布方向为斜向旋流方向，为支状结构，顶端有蘑菇头状，主水气切割翅（20）根部与旋流桶（18）连接，连接处水平面内存在8条主水气切割翅（20），8条主水气切割翅（20）之间的夹角为

45°，垂直面上主水气切割翅（20）在旋流桶（18）内分布自下而上依次分布，主水气切割翅（20）根部垂直距离为10cm，主水气切割翅（20）与旋流桶（18）水平夹角为30°。

6.根据权利要求1所述的臭氧多级催化氧化装置，其特征在于：微型水气切割翅（21）设置在主水气切割翅（20）三分之一处和三分之二处，单根主水气切割翅（20）上分布4条微型水气切割翅（21），微型水气切割翅（21）顶端有蘑菇头状，围绕主水气切割翅（20）环状分布，微型水气切割翅（21）长度为8cm，微型水气切割翅（21）之间夹角为90°。

说明书

臭氧多级催化氧化装置

技术领域

[0001] 本发明属于废水处理领域，具体涉及一种臭氧多级催化氧化装置。

背景技术

[0002] 臭氧(O3)长期以来就被认为是一种有效的氧化剂和消毒剂，臭氧氧化技术具有氧化能力强、脱色效果好，无二次污染，占地面积小，工程化应用广的优点，在废水深度处理领域得到广泛应用。但是单纯使用臭氧氧化法处理废水，存在臭氧利用率低、氧化能力不足及臭氧含量低等缺点，为此开发提高臭氧氧化效率的臭氧催化氧化装置，提高臭氧降解效率具有重要意义。

[0003] 中国专利CN 209652056U公告了一种催化氧化废水中COD的反应器，具体涉及一种臭氧耦合催化氧化COD反应装置。所述的臭氧耦合催化氧化COD反应装置，包括臭氧发生器、紫外臭氧联合反应装置和臭氧分解器，紫外臭氧联合反应装置内腔由隔板分为两个反应区，其中左侧为紫外光催化反应区，右侧为臭氧多相催化反应区，隔板上端与紫外臭氧联合反应装置顶板之间设置溢流口。该专利提供的反应器使得待处理废水先后通过紫外光催化和臭氧多相氧化，处理工艺较为繁琐，并且臭氧多相催化。

[0004] 中国专利CN 2700315Y公告了一种臭氧紫外联合处理废水装置，该装置由臭氧发生器、反应腔和尾气处理器组成，整个装置密闭。反应腔下部设有废水进水口、臭氧进气口和排空口，中上部设有观察窗，上部设有废水出水口和尾气排放口；反应腔内设有竖直放置的紫外灯和石英套管，内部底侧设有布水器和微孔曝气器，中间部位有多孔筛板。具有装置简单、占地面积小、过水量灵活、广谱、高效、无二次污染、低成本且出水水质好的特点。

[0005] 中国专利CN 103990490A公开了一种用于印染废水的整体式臭氧催化剂及其制备方法。该整体式催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为载体，经纳米过渡金属和稀土金属氧化物改性后的分子筛与γ‑Al2O3混合材料为活性涂层，经高温焙烧制得。所述材料的质量百分比组分为20‑80％的经纳米过渡金属和稀土金属氧化物改性的分子筛，18‑78％的γ‑Al2O3，2％的添加剂。本发明的整体式臭氧催化剂制备工艺简单，处理效率高，无二次污染，运行成本低，可应用于印染废水的处理，脱色率和CODcr的去除率高。

[0006] 中国专利CN 110280251A公开了一种用于深度处理的铁酸镧臭氧催化剂及其制备方法，所述方法包括：将等物质的量的La(NO3)3·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O混合溶液逐滴加入NaOH溶液中；将步骤(1)制得的橘黄色沉淀连同混合液一并转移至不锈钢高压釜中，放入马弗炉锻烧，冷却，使用蒸馏水清洗至pH为中性；将步骤(2)制备的材料置于烘箱中干燥，即可得到铁酸镧催化剂，记为LaFeO3。该专利针对以往制备催化剂工艺复杂、催化剂材料性能稳定性较差等缺陷进行改进，制得的材料稳定性好、催化活性高，为催化臭氧氧化工艺处理含苯酚等有机物污染物废水在实际工程应用中提供可行的技术方案。

[0007] 通过对现有行业内臭氧催化氧化装置及臭氧催化剂的对比，可以看出装置仍存在结构复杂和臭氧利用率低，臭氧催化剂利用效果差，无法在与装置配合形成协同催化作用，臭氧无效消耗较多，使用范围较为单一的问题。

发明内容

[0008] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种臭氧多级催化氧化装置，结构简单、设计合理，使用环境无特殊要求，催化剂催化效率高，臭氧利用效果好，既可以将本装置应用于高浓度难降解有机废水的预处理，在降低有机废水COD的同时有效提高可生化性，又可以将本装置应用于生化出水COD和TOC的深度处理，实现最终出水COD和TOC达标排放。

[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0010] 所述的臭氧多级催化氧化装置，包括臭氧发生器、调节罐、催化氧化反应器和臭氧尾气破坏器，

[0011] 臭氧发生器的进口连接进气管线，臭氧发生器的出口连接臭氧气路，

[0012] 调节罐下部设置进水管，调节罐顶部与催化氧化反应器顶部通过L曲型管道连接，L曲型管道插入催化氧化反应器内部，

[0013] 催化氧化反应器内设有紫外催化装置，紫外催化装置包含多根紫外灯管，紫外灯管外部均罩有石英套管，石英套管上部通过螺母固定，石英套管在催化氧化反应器内部通过臭氧催化剂固定，催化氧化反应器内底部装有臭氧曝气器，臭氧曝气器通过臭氧支路与臭氧气路连通，催化氧化反应器顶部设有残留气体出气口，残留气体出气口通过管线与臭氧尾气破坏器连接，臭氧尾气破坏器连接排气孔，催化氧化反应器上部设置出水口，催化氧化反应器底部装有放空管，放空管上设有放空阀；

[0014] 臭氧催化剂以不锈钢或合金作为基材，基材表面设有两层催化涂层，第一层涂层为活性氧化物涂层，第二次涂层为活性组分涂层。

[0015] 其中：

[0016] 调节罐为长方体结构，催化氧化反应器为圆柱状结构，调节罐高度与催化氧化反应器高度一致，调节罐横截面长度与催化氧化反应器圆柱面直径一致，调节罐横截面宽度与催化氧化反应器圆柱面半径一致。

[0017] 催化氧化反应器内壁经抛光打磨，内壁表面粗糙度值Ra 0.03‑0.05μm。

[0018] 石英套管在催化氧化反应器内部通过3‑5层臭氧催化剂固定，石英套管间距为15‑25cm，每3根紫外灯管与镇流器相连，镇流器与紫外灯管间距为100‑200cm，横截面内每4根紫外灯管构成正方形结构，臭氧曝气器放置在该正方形结构中心处。

[0019] L曲型管道为螺旋状管道，管道上方为进水口，下方为出水口，调节罐连接处距离调节罐顶部8‑10cm，L曲型管道插入催化氧化反应器内部，距离催化氧化反应器底部5‑8cm。

[0020] 出水口通过回流管线连接至进水管，回流管线上设置有回流泵。

[0021] 第一层涂层为活性氧化物涂层，由γ活性氧化铝与氧化铈按照质量比0.9‑0.96:0.04‑0.1形成浆液后，加入0.01份分散剂定量涂覆后烘干焙烧而成；第二次涂层为活性组分涂层，由γ活性氧化铝、硫酸亚铁、醋酸铜、二氧化钛、铝胶粘结剂按照质量比 0.8‑0.9:
0.03‑0.05:0.05‑0.03:0.01‑0.02:0.01‑0.02形成浆液后，加入0.01份分散剂定量涂覆后烘干焙烧而成。

[0022] 臭氧曝气器包括旋流桶、混合槽、主水气切割翅、微型水气切割翅、射流管、止回阀、进气法兰连接盘、进气管、筒体支架、板状支撑层，

[0023] 旋流桶为圆周状二段式圆形空心筒体结构，出口向上，下段为臭氧进气段，上段为臭氧与废水混合段，

[0024] 主水气切割翅和微型水气切割翅设置在旋流桶上段内侧，主水气切割翅根部固定在旋流桶内壁上，微型水气切割翅固定在主水气切割翅上，

[0025] 射流管和混合槽设置在旋流桶下段内侧，射流管位于下端，射流管的顶部连接混合槽的底部，混合槽顶部固定在旋流桶内壁上，

[0026] 进气管设置在旋流桶下段外侧，进气管端部连接进气法兰连接盘，进气管穿过旋流桶与射流管的底部相连，进气管与射流管之间设置有止回阀，

[0027] 筒体支架设置在旋流桶外部，板状支撑层环绕在筒体支架与旋流桶外壁。

[0028] 在旋流桶顶部、主水气切割翅根部、混合槽与旋流桶接触处、旋流桶底部，板状支撑层环绕筒体支架与旋流桶外壁。

[0029] 主水气切割翅分布方向为斜向旋流方向，为支状结构，顶端有蘑菇头状，主水气切割翅根部与旋流桶连接，连接处水平面内存在8条主水气切割翅，8条主水气切割翅之间的夹角为45°，垂直面上主水气切割翅在旋流桶内分布自下而上依次分布，主水气切割翅根部垂直距离为 10cm，主水气切割翅与旋流桶水平夹角为30°。

[0030] 微型水气切割翅设置在主水气切割翅三分之一处和三分之二处，单根主水气切割翅上分布 4条微型水气切割翅，微型水气切割翅顶端有蘑菇头状，围绕主水气切割翅环状分布，微型水气切割翅长度为8cm，微型水气切割翅之间夹角为90°。

[0031] 工作原理及过程：

[0032] 工作时，待处理废水经进水管进入调节罐，在调节罐内混合均匀后从L曲型管道旋转进入催化氧化反应器。在催化氧化反应器内，废水与臭氧曝气器产生的臭氧发生深度溶解，在紫外灯和深度溶解的臭氧的双重催化作用下，废水中有机物得到了有效降解，反应出水自催化氧化反应器出水口流出后，一部分经回流泵回流至进水管，另外一部分进入后续单元处理。

[0033] 氧气经臭氧发生器进气管线进入臭氧发生器后，产生的臭氧经臭氧气路和臭氧支路输送至臭氧曝气器，在臭氧曝气器的作用下，臭氧和废水发生充分混合旋转破碎，形成强螺旋状气水混合循环流，混合流中的大气泡逐层依次分割为强富集超微气泡，在螺旋作用力下强富集超微气泡在废水中深度溶解后，在紫外灯的催化下与废水发生反应，残留的气体经催化氧化反应器顶部残留气体出气口送至臭氧破坏器分解后经排气孔排放至大气。

[0034] 臭氧混合气由进气管进入臭氧曝气器，止回阀在臭氧混合气流动力的作用下自动打开，臭氧混合气进入射流管后，在射流管内形成螺旋状气流，螺旋状气流上升至混合槽内与废水进行初步混合，在气流上升作用下带动周围的废水上升进入旋流桶上段，利用主水气切割翅和微型水气切割翅的分割作用，使臭氧混合气和废水发生充分旋转混合，形成强螺旋状气泥水混合循环流，混合流中的大气泡经过主水气切割翅和微型水气切割翅的循环分割，逐层分割为强富集超微臭氧气泡，在螺旋作用力下强富集超微臭氧气泡深度溶解，从而提高了臭氧在废水中的溶解度，增加了臭氧利用效率。

[0035] 本发明的有益效果是：

[0036] (1)本发明的臭氧多级催化氧化装置，设有紫外催化装置和臭氧催化剂。其催化作用主要体现在紫外光和催化剂协同催化作用。催化氧化反应器降解COD的效果主要体现紫外催化、臭氧氧化降解COD的效果，但受设备规格和紫外光强度的限制，废水中仍残留的部分臭氧。臭氧催化剂以不锈钢或合金作为基材，表面具有两层催化涂层，臭氧催化剂具有双重作用，一方面作为框架，另一方面作为催化剂。其作为框架作用的部分体现在固定灯管，框架层数为 3‑5层，既可有效避免反应器内废水流速过快导致灯管晃动，又避免遮挡紫外光而降低紫外催化装置的效果。其催化效果主要体现在催化剂表面活性组分既存在电子空穴可提高紫外催化装置自身的催化效果，本身又具有催化臭氧分解为羟基自由基的能力。紫外催化装置和臭氧催化剂的协同催化，促使更多的臭氧转化为羟基自由基，大幅度提高了臭氧的利用效率，实现废水 COD和TOC的深度去除。

[0037] (2)臭氧和废水经过臭氧曝气器充分混合旋转破碎，形成强螺旋状气水混合循环流，混合流中的大气泡逐层依次分割为强富集超微气泡，在螺旋作用力下强富集超微气泡深度溶解，从而提高了臭氧在废水中的溶解度，增加了臭氧利用效率，达到臭氧与废水的最佳混合状态和最长停留时间。

[0038] (3)废水通过L曲型管道流出后在螺旋力的作用下旋转进入催化氧化反应器，旋转状态的废水增加了臭氧的溶解效率。

[0039] (4)催化氧化反应器内壁经抛光打磨后使得紫外光在催化氧化反应器内壁发生漫反射，增加了催化氧化反应器内的紫外辐射强度，可催化臭氧产生更多的羟基自由基，提高了紫外灯的利用率。

附图说明

[0040] 图1是本发明所述的臭氧多级催化氧化装置的正视图；

[0041] 图2是本发明所述的臭氧多级催化氧化装置的俯视图；

[0042] 图3是本发明所述的L曲型管道示意图；

[0043] 图4是本发明所述的臭氧曝气器的正视图；

[0044] 图5是本发明所述的臭氧曝气器的侧视图；

[0045] 图6是本发明所述的臭氧曝气器的俯视图。

[0046] 图中：1、臭氧发生器；2、调节罐；3、催化氧化反应器；4、臭氧尾气破坏器；5、进水管；6、L曲型管道；7、出水口；8、进气管线；9、臭氧气路；10、臭氧支路；11、残留气体出气口；12、排气孔；13、放空管；14、紫外催化装置；15、臭氧催化剂；16、臭氧曝气器； 17、放空阀；
18、旋流桶；19、混合槽；20、主水气切割翅；21、微型水气切割翅；22、射流管；23、止回阀；24、进气法兰连接盘；25、进气管；26、筒体支架；27、板状支撑层；28、回流泵。

具体实施方式

[0047] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。

[0048] 实施例

[0049] 如图1‑6所示，所述的臭氧多级催化氧化装置，包括臭氧发生器1、调节罐2、催化氧化反应器3和臭氧尾气破坏器4，

[0050] 臭氧发生器1的进口连接进气管线8，臭氧发生器1的出口连接臭氧气路9，[0051] 调节罐2下部设置进水管5，调节罐2顶部与催化氧化反应器3顶部通过L曲型管道6连接，L曲型管道6插入催化氧化反应器3内部，直至催化氧化反应器3底部。调节罐2出水进入L曲型管道6后，在管道螺旋状下降直至催化反应器底部，废水通过L曲型管道6流出后在螺旋力的作用下旋转进入催化氧化反应器3，旋转状态的废水在催化氧化反应器3内进行催化反应。

[0052] 催化氧化反应器3内设有紫外催化装置14，紫外催化装置14包含多根紫外灯管，紫外灯管外部均罩有石英套管，石英套管上部通过螺母固定，石英套管在催化氧化反应器3内部通过臭氧催化剂15固定，催化氧化反应器3内底部装有臭氧曝气器16，臭氧曝气器16通过臭氧支路10与臭氧气路9连通，催化氧化反应器3顶部设有残留气体出气口11，残留气体出气口 11通过管线与臭氧尾气破坏器4连接，臭氧尾气破坏器4连接排气孔12，催化氧化反应器3 上部设置出水口7，催化氧化反应器3底部装有放空管13，放空管13上设有放空阀17。

[0053] 臭氧催化剂15以不锈钢或合金作为基材，基材表面设有两层催化涂层，第一层涂层为活性氧化物涂层，第二次涂层为活性组分涂层。臭氧催化剂15在催化氧化反应器3内为3‑5层整体框架式结构，单层催化剂米子交叉结构。

[0054] 调节罐2为长方体结构，催化氧化反应器3为圆柱状结构，调节罐2高度与催化氧化反应器3高度一致，调节罐2横截面长度与催化氧化反应器3圆柱面直径一致，调节罐2横截面宽度与催化氧化反应器3圆柱面半径一致。调节罐2内废水水流走向为下进上出。

[0055] 催化氧化反应器3为圆形柱状结构，催化氧化反应器3内壁经抛光打磨，内壁表面粗糙度值Ra 0.03‑0.05μm。在该光泽度下，紫外灯管在废水中照射，发出的紫外光经照射至催化氧化反应器3内壁发生漫反射，增加了催化氧化反应器3内的紫外辐射强度，提高了紫外灯的利用率，能够产生更多的羟基自由基，提高了废水中有机物的处理效果。

[0056] 石英套管在催化氧化反应器3内部通过3‑5层臭氧催化剂15固定，石英套管间距为 15‑25cm，每3根紫外灯管与镇流器相连，镇流器与紫外灯管间距为100‑200cm，横截面内每 
4根紫外灯管构成正方形结构，臭氧曝气器16放置在该正方形结构中心处。臭氧催化剂15为 
3‑5层可有效避免催化氧化反应器3内废水流速过快导致灯管晃动，又避免遮挡紫外光而降低紫外催化装置14的效果。

[0057] L曲型管道6为螺旋状管道，管道上方为进水口，下方为出水口7，调节罐2连接处距离调节罐2顶部8‑10cm，L曲型管道6插入催化氧化反应器3内部，距离催化氧化反应器3底部5‑8cm。

[0058] 出水口7通过回流管线连接至进水管5，回流管线上设置有回流泵28。

[0059] 第一层涂层为活性氧化物涂层，由γ活性氧化铝与氧化铈按照质量比0.9‑0.96:0.04‑0.1形成浆液后，加入0.01份分散剂(十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠等的有机盐化合物)定量涂覆后烘干焙烧而成；第二次涂层为活性组分涂层，由γ活性氧化铝、硫酸亚铁、醋酸铜、二氧化钛、铝胶粘结剂按照质量比0.8‑0.9:0.03‑0.05:0.05‑0.03:0.01‑0.02:0.01‑
0.02形成浆液后，加入0.01 份分散剂(十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠等的有机盐化合物)定量涂覆后烘干焙烧而成。

[0060] 臭氧曝气器16包括旋流桶18、混合槽19、主水气切割翅20、微型水气切割翅21、射流管22、止回阀23、进气法兰连接盘24、进气管25、筒体支架26、板状支撑层27。

[0061] 旋流桶18为圆周状二段式圆形空心筒体结构，出口向上，下段为臭氧进气段，上段为臭氧与废水混合段，上段臭氧与废水通过此区域内臭氧和废水发生充分混合旋转破碎，提高了臭氧与废水的旋流效果，增加了臭氧的传质效率和利用率，曝气效率高，运行稳定可靠，不容易发生堵塞，使用寿命长。下段进气段含有混合槽19、射流管22、进气管25和止回阀23。臭氧混合气经由进气管25进入臭氧曝气器16，然后进入射流管22，进气管25和射流管22之间安装止回阀23，止回阀23具有始终能够将所述的出气端封堵的趋势。

[0062] 主水气切割翅20和微型水气切割翅21设置在旋流桶18上段内侧，主水气切割翅20根部固定在旋流桶18内壁上，微型水气切割翅21固定在主水气切割翅20上。

[0063] 射流管22和混合槽19设置在旋流桶18下段内侧，射流管22位于下端，射流管22的顶部连接混合槽19的底部，混合槽19顶部固定在旋流桶18内壁上，混合槽19为上粗下细漏斗式结构。射流管22为圆形空心桶状结构，筒体属于大孔气流通道，臭氧自射流管22内逸出时，带动射流管22内积存的混合液高速上升，进入混合槽19进行初步混合。

[0064] 进气管25为圆形空心桶状结构，进气管25设置在旋流桶18下段外侧，进气管25端部连接进气法兰连接盘24，进气管25穿过旋流桶18与射流管22的底部相连，进气管25与射流管22之间设置有止回阀23，止回阀23为卡扣式安装型止回阀23，依靠臭氧自身流动产生的力而自动开启和关闭。臭氧曝气器16液下安装过程中，止回阀23为关闭状态，安装完毕，臭氧曝气器16正常运行时，臭氧正常经进气管25输送，止回阀23为打开状态，当臭氧曝气器16检修维护更换时，止回阀23为关闭状态。

[0065] 圆柱状筒体支架26设置在旋流桶18外部，板状支撑层27环绕在筒体支架26与旋流桶 18外壁。在旋流桶18顶部、主水气切割翅20根部、混合槽19与旋流桶18接触处、旋流桶 18底部，板状支撑层27环绕筒体支架26与旋流桶18外壁，提高臭氧曝气器16的结构稳定性。

[0066] 在旋流桶18顶部、主水气切割翅20根部、混合槽19与旋流桶18接触处、旋流桶18底部，板状支撑层27环绕筒体支架26与旋流桶18外壁。

[0067] 主水气切割翅20根部设计加强筋，在旋流桶18上段内侧均匀分布，分布方向为斜向旋流方向，为支状结构，顶端有蘑菇头状，主水气切割翅20根部与旋流桶18连接，连接处水平面内存在8条主水气切割翅20，8条主水气切割翅20之间的夹角为45°，垂直面上主水气切割翅20在旋流桶18内分布自下而上依次分布，主水气切割翅20根部垂直距离为10cm，主水气切割翅20与旋流桶18水平夹角为30°。

[0068] 微型水气切割翅21设置在主水气切割翅20三分之一处和三分之二处，单根主水气切割翅 20上分布4条微型水气切割翅21，微型水气切割翅21顶端有蘑菇头状，围绕主水气切割翅 20环状分布，微型水气切割翅21长度为8cm，微型水气切割翅21之间夹角为90°。

[0069] 工作时，待处理废水经进水管5进入调节罐2，在调节罐2内混合均匀后从L曲型管道6 旋转进入催化氧化反应器3。在催化氧化反应器3内，废水与臭氧曝气器16产生的臭氧发生深度溶解，在紫外灯和深度溶解的臭氧的双重催化作用下，废水中有机物得到了有效降解，反应出水自催化氧化反应器3出水口7流出后，一部分经回流泵28回流至进水管5，另外一部分进入后续单元处理。

[0070] 臭氧在紫外灯的光照和臭氧催化剂15的复合催化作用下，部分分解为羟基自由基，该自由基具有强氧化能力，能够有效实现废水中COD和TOC的降解。催化氧化反应器3出水经回流泵28按照300％‑500％比例回流至调节罐2。一方面，催化氧化反应器3出水中的部分没有反应的臭氧与出水一起回流至调节罐2后，与原废水发生预氧化，使臭氧得到了充分的利用。另一方面，废水在整个系统内具有一定的流速，提高了废水在L曲型管道6出水口7的旋转能力，增加了臭氧在废水中的溶解效果，避免了臭氧的无效消耗。

[0071] 臭氧发生器1以氧气作为气源，出口臭氧浓度需要达到100‑120mg/L。氧气经臭氧发生器 1进气管线8进入臭氧发生器1后，产生的臭氧经臭氧气路9和臭氧支路10输送至臭氧曝气器16，在臭氧曝气器16的作用下，臭氧和废水发生充分混合旋转破碎，形成强螺旋状气水混合循环流，混合流中的大气泡逐层依次分割为强富集超微气泡，在螺旋作用力下强富集超微气泡在废水中深度溶解后，在紫外灯的催化下与废水发生反应，残留的气体经催化氧化反应器3 顶部残留气体出气口11送至臭氧破坏器分解后经排气孔12排放至大气。

[0072] 臭氧多级催化氧化装置中，臭氧发生器1根据设计臭氧投加量自由选择臭氧发生器1规格，调节罐2和催化氧化反应器3构成一体式装置，可根据废水水水质情况对应增减调节罐2和催化氧化反应器3的数量。

[0073] 臭氧混合气由进气管25进入臭氧曝气器16，止回阀23在臭氧混合气流动力的作用下自动打开，臭氧混合气进入射流管22后，在射流管22内形成螺旋状气流，螺旋状气流上升至混合槽19内与废水进行初步混合，在气流上升作用下带动周围的废水上升进入旋流桶18上段，利用主水气切割翅20和微型水气切割翅21的分割作用，使臭氧混合气和废水发生充分旋转混合，形成强螺旋状气泥水混合循环流，混合流中的大气泡经过主水气切割翅20和微型水气切割翅21的循环分割，逐层分割为强富集超微臭氧气泡，在螺旋作用力下强富集超微臭氧气泡深度溶解，从而提高了臭氧在废水中的溶解度，增加了臭氧利用效率。达到臭氧与废水的最佳混合状态和最长停留时间。

[0074] 臭氧曝气器16产生的强富集超微气泡在紫外灯的催化下发生分解，分解产生的羟基自由基与废水中的有机物发生反应，残留的气体经催化氧化反应器3顶部排气口送至臭氧破坏器分解后排放。

[0075] 实施例1

[0076] 所述的装置的结构和工作过程如上所述。

[0077] 催化氧化反应器内壁表面粗糙度值Ra 0.03μm。

[0078] 石英套管在反应器内由5层臭氧催化剂固定。

[0079] 石英套管间距为15cm。

[0080] 镇流器与紫外灯管间距为100cm。

[0081] 臭氧催化剂以不锈钢作为基材，表面具有两层催化涂层，第一层涂层为活性氧化物涂层，由γ活性氧化铝与氧化铈按照质量比例为0.9:0.1的比例形成浆液后，加0.01份十二烷基硫酸钠定量涂覆后烘干焙烧而成，第二次涂层为活性组分涂层，由γ活性氧化铝、硫酸亚铁、醋酸铜、二氧化钛、铝胶粘结剂按照质量比例为0.8:0.03:0.05:0.01:0.01的比例形成浆液后，加0.01 份分散剂十二烷基硫酸钠定量涂覆后烘干焙烧而成。

[0082] 某丙烯腈废水COD2200mg/L，TOC1300mg/L，采用实施例1提供的臭氧多级催化氧化装置对该废水进行处理，当臭氧投加量为100mg/L时，反应出水COD为2000mg/L，TOC为 1200mg/L。当臭氧投加量为300mg/L时，反应出水COD为1580mg/L，TOC为1020mg/L。采用实施例1提供的臭氧多级催化氧化装置，未加臭氧催化剂，当臭氧投加量为100mg/L时，反应出水COD为2100mg/L，TOC为1250mg/L。当臭氧投加量为300mg/L时，反应出水COD 为1920mg/L，TOC为1190mg/L。采用实施例1提供的臭氧多级催化氧化装置及臭氧催化剂，未启用紫外催化装置，当臭氧投加量为100mg/L时，反应出水COD为2130mg/L，TOC为 1280mg/L。当臭氧投加量为300mg/L时，反应出水COD为2020mg/L，TOC为1210mg/L。当紫外催化装置与臭氧催化剂配合时，臭氧多级催化氧化装置具有最佳的COD和TOC去除效果。

[0083] 实施例2

[0084] 所述的装置的结构和工作过程如上所述

[0085] 催化氧化反应器内壁表面粗糙度值Ra 0.03μm。

[0086] 石英套管在反应器内由5层臭氧催化剂固定。

[0087] 石英套管间距为25cm。

[0088] 镇流器与紫外灯管间距为200cm。

[0089] 臭氧催化剂以合金作为基材，表面具有两层催化涂层，第一层涂层为活性氧化物涂层，由γ活性氧化铝与氧化铈按照质量比例为00.96:0.1的比例形成浆液后，加0.01份分散剂(六偏磷酸钠)定量涂覆后烘干焙烧而成，第二次涂层为活性组分涂层，由γ活性氧化铝、硫酸亚铁、醋酸铜、二氧化钛、铝胶粘结剂按照质量比例为0.9:0.05:0.03:0.02:0.02的比例形成浆液后，加 0.01份分散剂(六偏磷酸钠)定量涂覆后烘干焙烧而成。

[0090] 某丙烯腈生化出水COD200mg/L，TOC88mg/L，采用实施例2提供的臭氧多级催化氧化装置对该废水进行处理，当臭氧投加量为100mg/L时，反应出水COD为47mg/L，TOC为 19mg/L。采用实施例2提供的臭氧多级催化氧化装置，未加臭氧催化剂，当臭氧投加量为 
100mg/L时，反应出水COD为117mg/L，TOC为45mg/L。采用实施例2提供的臭氧多级催化氧化装置及臭氧催化剂，未启用紫外催化装置，当臭氧投加量为100mg/L时，反应出水COD 为
121mg/L，TOC为41mg/L。当紫外催化装置与臭氧催化剂配合时，臭氧多级催化氧化装置具有最佳的COD和TOC去除效果。

[0091] 对比例1

[0092] 某丙烯腈生化出水COD200mg/L，TOC88mg/L，采用实施例2提供的臭氧多级催化氧化装置，未加入臭氧催化剂，仅仅提供不锈钢或其它合金作为框架固定紫外催化组件，在臭氧多级催化氧化装置中加入常规铁系、铜系/γ活性氧化铝基臭氧催化剂颗粒催化剂，对该废水进行处理，当臭氧投加量为100mg/L时，反应出水COD为183mg/L，TOC为77mg/L，COD和TOC 去除效果差。

[0093] 上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形与改进，此类变形与改进均属于本发明的保护范围。