CN104556348B - 磁性催化臭氧氧化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性催化臭氧氧化装置及方法，属水处理领域。系统包括：设有反应器本体、臭氧发生系统、尾气破坏器，反应器本体内上部侧壁上按上、下层布置设有上、下挡板，上、下挡板之间留有通道，下挡板下部设有磁性材料或磁性涂层，上、下挡板均与反应器本体的内侧壁之间夹角为锐角；还包括：布气系统，由若干均匀分布设在反应器本体底部的臭氧管路及其上安装的钛曝气头组成；以及设在布气系统下方的布水系统，由若干穿孔管连接而成，与反应器本体设在底部的进水管连接。该装置通过下挡板下部磁性材料或磁性涂层的磁场作用，加速带有磁性的催化材料和废水分离，克服现有分离方法的缺陷，为粉末臭氧催化剂的应用提供一种有效的解决方案。

Description

磁性催化臭氧氧化装置及方法

技术领域

本发明涉及水处理设备领域，特别是涉及一种磁性催化臭氧氧化装置及方法。

背景技术

臭氧常被用于氧化水中的有机污染物，然而它对污染物的选择性氧化限制了其在难降解有机废水处理中的应用。催化臭氧氧化技术利用催化剂加速臭氧分解产生羟基自由基(HO·)，HO·具有强氧化性，可以无选择地氧化水中绝大多数有机污染物，因此催化臭氧氧化技术在难降解有机废水处理和废水深度处理中具有广泛的应用前景。臭氧催化剂分为均相和非均相两大类，均相催化剂指Mn²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺等金属离子；非均相催化剂包括金属、金属氧化物、碳材料、金属氧化物或碳材料上负载金属或金属氧化物、一些天然矿物材料等。由于非均相催化剂会带来金属离子的二次污染，需要后续再去除金属离子，因此非均相催化剂得到广泛的关注和研究。采用颗粒催化剂进行催化臭氧化时，其外部传质受到颗粒粒径的影响，这在一定程度上降低了催化反应速率。粉末催化剂由于粒径很小则可忽略其对外部传质的影响，但是粉末催化剂的分离和再利用是个难题。有研究报道采用絮凝或者陶瓷膜过滤分离粉末催化剂。但是絮凝剂的加入可能会影响催化效果；采用膜分离一方面膜分离设备造价昂贵，另一方面为了防止膜污染催化剂需要在膜表面高速流动，也会造成催化剂的磨损。

发明内容

本发明的目的就是针对现有粉末臭氧催化剂在应用过程中难以分离回用的问题，提出一种利用磁性催化剂催化臭氧氧化并在同一反应器内实现催化剂和废水分离的磁性催化臭氧氧化装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种磁性催化臭氧氧化装置，包括：设有进水管和出水口的反应器本体，臭氧发生系统，与所述反应器本体顶端出气口连接的尾气破坏器，所述反应器本体内上部侧壁上按上、下层布置设有上、下挡板，上、下挡板之间留有通道，下挡板下部设有磁性材料或磁性涂层，上、下挡板均与所述反应器本体的内侧壁之间夹角为锐角；

还包括：布气系统，由若干均匀分布设在所述反应器本体底部的臭氧管路及该臭氧管路上安装的钛曝气头组成；臭氧管路连接所述臭氧发生系统；

以及设在所述布气系统下方的布水系统，由若干穿孔管连接而成，与所述反应器本体设在底部的进水管连接。

上述装置中，所述上、下挡板相互平行，均通过支架固定设置在所述反应器本体内侧壁上。

上述装置中，所述上挡板上方的反应器本体的内侧壁上设有集水槽，所述集水槽内的内侧壁上设置所述反应器本体的所述出水口。

上述装置中，所述集水槽采用锯齿堰结构。

上述装置中，所述穿孔管的每个管路上对称开有两排孔，所述孔朝下，分别与所述反应器本体的中垂线呈45°夹角。

上述装置中，所述臭氧发生系统的臭氧发生器采用纯氧源臭氧发生器。

上述装置中，所述纯氧源臭氧发生器包括：臭氧发生器，氧气管路与臭氧发生器相连，氧气管路上设有氧气调节阀和流量计；所述臭氧发生器通过止回阀与所述臭氧管路连接。

上述装置中，所述反应器本体引入污水的进水管路上设有进水调节阀和流量计；

所述反应器本体底部设有放空口；

本发明实施例还提供一种磁性催化臭氧氧化方法，采用本发明所述的磁性催化臭氧氧化装置，包括以下步骤：

污水通过催化臭氧反应器底部的进水管经布水系统均匀进入所述磁性催化臭氧氧化装置的反应器本体中，臭氧发生系统产生的臭氧通过臭氧管路和布气系统均匀通入反应器中；所述反应器本体内设置的磁性粉末催化剂与臭氧和水中的有机污染物有效接触并发生催化反应，在磁性粉末催化剂的作用下，臭氧加速分解产生HO·，HO·快速氧化水中的有机污染物；气液固三相流体进入上、下挡板之间的通道，下挡板下部设置的磁性涂料或磁性涂层，加速磁性粉末催化剂向下运动，水则向上运动，然后通过所述反应器本体上部的出水口排出，优选的出水可经锯齿状的集水槽收集后由出水口排出；气体则通过出气口经尾气破坏器破坏残余的臭氧后排出。

本发明的有益效果为：在反应器本体内上部设置分层设置留有通道的上、下挡板，并在下挡板下部设置磁性涂料或磁性涂层，以及与反应器本体底部的布水系统和布气系统配合，方便在利用磁性粉末催化剂来催化臭氧产生HO·的反应中，实现在一个反应器内实现催化剂和水的分离。一方面采用磁性粉末催化臭氧氧化不受外部传质影响，反应速率快、臭氧反应效率高；另一方面该装置结构紧凑、占地面积小、投资和运行费用少；整体工艺高效节能、实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1是本发明实施例提供的磁性催化臭氧氧化装置的示意图；

图2是图1的磁性催化臭氧氧化装置的A-A剖面图；

图3是本发明实施例提供的磁性催化臭氧氧化装置的布气管示意图；

图4是本发明实施例提供的磁性催化臭氧氧化装置的布水管示意图；

图5是图4的布水管截面的示意图；

图6是本发明实施例提供的磁性催化臭氧氧化装置的集水槽局部示意图；

图中：1—磁性臭氧催化反应器；2—上挡板；3—下挡板；4—磁性涂层或磁性材料；5—集水槽；6—出水口；7—出气口；8—尾气破坏器；9—钛曝气头；10—臭氧管路；11—放空口；12—布水管；13—臭氧发生器；14—氧气调节阀；15—氧气流量计；16—止回阀；17—进水流量计；18—进水调节阀。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1、2所示为本发明实施例提供的一种磁性催化臭氧氧化装置，包括：设有进水管和设有出水口的反应器本体，臭氧发生系统，与所述反应器本体顶端出气口连接的尾气破坏器，所述反应器本体内上部侧壁上按上、下层布置设有上、下挡板，上、下挡板之间留有通道，下挡板下部设有磁性材料或磁性涂层，上、下挡板均与所述反应器本体的内侧壁之间夹角为锐角；

还包括：布气系统(如图3所示)，由若干均匀分布设在所述反应器本体底部的臭氧管路及其上安装的钛曝气头组成；以及设在所述布气系统下方的布水系统(如图4所示)，由若干穿孔管连接而成，与所述反应器本体设在底部的进水管连接。

上述装置中，所述上、下挡板相互平行，均通过支架固定设置在所述反应器本体内侧壁上。

上述装置中，所述上挡板上方的反应器本体的内侧壁上设有集水槽，所述集水槽内的内侧壁上设置所述反应器本体的所述出水口。

上述装置中，所述集水槽采用锯齿堰结构(如图6所示)。

上述装置中，所述穿孔管的每个管路上对称开有两排孔，所述孔朝下，分别与所述反应器本体的中垂线呈45°夹角(参见图5)。

上述装置中，所述臭氧发生系统的臭氧发生器采用纯氧源臭氧发生器。

上述装置中，所述纯氧源臭氧发生器包括：臭氧发生器，氧气管路与臭氧发生器相连，氧气管路上设有氧气调节阀和流量计；所述臭氧发生器通过止回阀与所述臭氧管路连接。

上述装置中，所述反应器本体引入污水的进水管路上设有进水调节阀和流量计；

所述反应器本体底部设有放空口。

下面结合附图对本发明的原理、结构和工作过程做进一步的说明。

如图1所示，氧气通过氧气调节阀14和氧气流量计15调节流量后进入臭氧发生器13，产生的臭氧和氧气的混合气体通过止回阀16进入臭氧管路，然后通过钛曝气头9产生微小气泡均匀通入磁性臭氧催化反应器1中；同时污水通过进水调节阀18和进水流量计17调节流量后进入布水管12，由布水管12斜向下的布水孔射出并在反应器底板的作用下向上折流；反应器中的磁性粉末催化剂与水中的有机污染物、臭氧充分接触和反应，产生HO·将难降解有机物氧化分解。气液固三相流体进入上挡板2和下挡板3之间的通道，在下挡板3下部的磁性涂层或磁性材料4的作用下磁性粉末催化剂加速向下运动，而水则沿上挡板2向上运动，从而实现催化剂和水的分离。然后水进入集水槽5并通过出水口6排出反应器。气体则向上通过出气口7进入尾气破坏器8，将残余臭氧破坏后排放。

以下列举实施例来说明本发明的效果，但本发明的权利要求范围并非仅限于此。

实施例1：

用本发明的磁性催化臭氧氧化装置处理某煤气化废水混沉池出水，催化剂为自制粉末磁性催化剂，处理量为20L/h，温度为25℃，臭氧发生器出口臭氧浓度约为100mg/L，气体流量为30L/h。磁性催化臭氧氧化反应器停留时间为30min。原水COD为224mg/L，处理后出水COD为79mg/L。

实施例2：

用本发明的磁性催化臭氧氧化装置处理某焦化废水混沉池出水，催化剂为自制粉末磁性催化剂，处理量为20L/h，温度为25℃，臭氧发生器出口臭氧浓度约为80mg/L，气体流量为20L/h。磁性催化臭氧氧化反应器停留时间为20min。原水COD为136mg/L，处理后出水COD为67mg/L。

本发明的装置，通过下挡板下部磁性材料或磁性涂层的磁场作用，加速带有磁性的催化材料和废水分离，克服现有分离方法的缺陷，为粉末臭氧催化剂的应用提供一种有效的解决方案。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种磁性催化臭氧氧化装置，包括：设有进水管和设有出水口的反应器本体，臭氧发生系统，与所述反应器本体顶端出气口连接的尾气破坏器，其特征在于，所述反应器本体内上部侧壁上按上、下层布置设有上、下挡板，上、下挡板之间留有通道，下挡板下部设有磁性材料或磁性涂层，上、下挡板均与所述反应器本体的内侧壁之间夹角为锐角；所述上、下挡板相互平行，均通过支架固定设置在所述反应器本体内侧壁上；

还包括：布气系统，由若干均匀分布设在所述反应器本体底部的臭氧管路及其上安装的钛曝气头组成，所述臭氧管路连接所述臭氧发生系统；

以及设在所述布气系统下方的布水系统，由若干穿孔管连接而成，与所述反应器本体设在底部的进水管连接。

2.根据权利要求1所述的磁性催化臭氧氧化装置，其特征在于，所述上挡板上方的反应器本体的内侧壁上设有集水槽，所述集水槽内的内侧壁上设置所述反应器本体的所述出水口。

3.根据权利要求2所述的磁性催化臭氧氧化装置，其特征在于，所述集水槽采用锯齿堰结构。

4.根据权利要求1所述的磁性催化臭氧氧化装置，其特征在于，所述穿孔管的每个管路上对称开有两排孔，所述孔朝下，分别与所述反应器本体的中垂线呈45°夹角。

5.根据权利要求1所述的磁性催化臭氧氧化装置，其特征在于，所述臭氧发生系统的臭氧发生器采用纯氧源臭氧发生器。

6.根据权利要求1或5所述的磁性催化臭氧氧化装置，其特征在于，所述纯氧源臭氧发生器包括：臭氧发生器，氧气管路与臭氧发生器相连，氧气管路上设有氧气调节阀和流量计；所述臭氧发生器通过止回阀与所述臭氧管路连接。

7.根据权利要求1至5任一项所述的磁性催化臭氧氧化装置，其特征在于，所述反应器本体引入污水的进水管路上设有进水调节阀和流量计；

所述反应器本体底部设有放空口。

8.一种磁性催化臭氧氧化方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的磁性催化臭氧氧化装置，包括以下步骤：

污水通过催化臭氧反应器底部的进水管经布水系统均匀进入所述磁性催化臭氧氧化装置的反应器本体中，臭氧发生系统产生的臭氧通过臭氧管路和布气系统均匀通入反应器中；所述反应器本体内设置的磁性粉末催化剂与臭氧和水中的有机污染物有效接触并发生催化反应，在磁性粉末催化剂的作用下，臭氧加速分解产生HO·，HO·快速氧化水中的有机污染物；气液固三相流体进入上、下挡板之间的通道，下挡板下部设置的磁性材料或磁性涂层，加速磁性粉末催化剂向下运动，水则向上运动，然后通过所述反应器本体上部的出水口排出；气体则通过出气口经尾气破坏器破坏残余的臭氧后排出。

9.根据权利要求8所述的磁性催化臭氧氧化方法，其特征在于，所述反应器本体的出水经锯齿状的集水槽收集后由出水口排出。