CN105000627B - 一种臭氧氧化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种臭氧氧化反应器，包括罐体和与罐体连通的进水管路，进水管路上设有进水口和臭氧进气口，臭氧进气口中通有臭氧，进水管路内设置有使水与臭氧发生水力空化作用的水力空化装置；罐体中设有使水与臭氧发生超声空化的超声波振荡器，超声波振荡器与超声波发生器连接；罐体的空腔内填充满激发臭氧产生羟基自由基的催化剂。本发明将臭氧氧化与超声空化技术和水力空化技术进行组合，形成一种协同臭氧催化氧化技术，生成氧化性能更强、反应选择性较低的羟基自由基，其氧化电位可达到2.8V，可无选择性地与大多数有机污染物快速发生链式反应，将有害物质转换成CO₂、H₂O和矿物盐，降低化学需氧量，同时不会产生二次污染。

Description

一种臭氧氧化反应器

技术领域

本发明涉及油田污水处理设备领域，更具体地说，本发明涉及一种利用水力空化和超声空化技术催化臭氧来处理油田污水的臭氧氧化反应器。

背景技术

臭氧是一种强氧化剂，其氧化电位达到2.07V，具有强氧化性。经过反应后，臭氧转变成氧气，扩散到空气中，不会产生污染，是一种绿色环保的氧化剂。臭氧在污水处理领域得到了广泛的应用，但其化学性质具有不稳定性，分解速度较快，只能在生成后及时使用，不适合储存和输送，同时对离子具有选择性，处理效率较低。

目前国内臭氧氧化反应器的功能较单一，只能满足臭氧氧化反应，处理效率较低；反应器结构难以适应油田现场作业要求，移动性较差，不便于维修与清洗；同时气水混合不均匀，臭氧消耗量较大，臭氧溶解率较低。

为了克服传统臭氧氧化技术的不足，本发明主要研究是将臭氧氧化与超声空化技术和水力空化技术进行组合，形成了一种协同臭氧催化氧化技术，生成氧化性能更强、反应选择性较低的羟基自由基，其氧化电位可达到2.8V，可无选择性地与大多数有机污染物快速发生链式反应，将有害物质转换成CO₂、H₂O和矿物盐，降低化学需氧量，同时不会产生二次污染。

协同臭氧氧化技术还未进入油田污水处理领域，由于该部分污水具有较高的化学需氧量、矿化度、悬浮物等特点，在自然环境难以降解，易对周围的土壤、农作物和地表水系造成严重污染，单一的臭氧氧化技术难以满足要求。同时油田开发区域道路条件有限，多为偏远山区，大型固定式装置不适合该领域的污水处理。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是在臭氧反应器的罐体的进水管设置水力空化装置，水力空化装置为波浪形的多孔板构成，使进入的污水和臭氧形成水力空化作用，使气液混合均匀，促进生产羟基自由基。

本发明还有一个目的是在罐体设置超声波振荡器，通过超声波振荡器中的超声波换能器，使罐体中的污水与臭氧形成超声空化作用，提高臭氧氧化效率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种臭氧氧化反应器，包括罐体和与所述罐体连通的进水管路，所述进水管路上设有进水口和臭氧进气口，所述臭氧进气口中通有臭氧，所述进水管路内设置有使水与臭氧发生水力空化作用的水力空化装置；所述罐体中设有使水与臭氧发生超声空化的超声波振荡器，所述超声波振荡器与超声波发生器连接；罐体的空腔内填充满激发臭氧产生羟基自由基的催化剂。

优选的是，所述水力空化装置由两组平行并列的多孔板构成，对于任意一组多孔板由多个第一多孔板彼此呈40°-70°首尾连接而成，所述两组多孔板彼此交错设置于所述进水管路的管体的内部。

优选的是，所述罐体呈圆筒状竖直设置。

优选的是，所述超声波振荡器呈圆环状固定于所述罐体的内壁，所述超声波振荡器内沿其圆周均匀设置有6-18个超声波换能器。

优选的是，所述超声波振荡器内设有12个超声波换能器，所述超声波换能器呈圆台状。

优选的是，所述罐体内沿所述罐体的轴向平行固定有至少两组超声波振荡器。

优选的是，所述进水管路贯穿所述罐体的中心并沿所述罐体的径向延伸至罐体内一定距离，其出水端呈封闭状；罐体内的进水管路上设置有使经水力空化后的水与臭氧进入罐体的布水器，所述布水器由至少四根筛管构成，所述至少四根筛管垂直于所述进水管路均匀对称设置于所述进水管路的两侧，对于任意一根筛管均与所述进水管路连通，所述筛管的孔径为3-8mm。

优选的是，所述催化剂为锰砂催化剂，所述锰砂催化剂的粒径为10-12mm。

优选的是，所述臭氧氧化反应器，还包括：

环形收水槽，其上部开口处呈锯齿状，设置于所述罐体内的上部；

出水管，其贯穿所述罐体并与所述环形收水槽的侧壁连通；

底座，设置于所述罐体的底部，以支撑所述罐体；

排空管，其一端与所述罐体的底部连通，另一端穿过所述底座与外部连通，所述排空管上设置有可使所述排空管密封的密封件；

可容纳人手的第一通孔，设置于所述罐体的侧壁，所述第一通孔上设置有可开关的第一密封盖；

可容纳人的第二通孔，设置于所述罐体的顶端，所述第二通孔上设置有可开关的第二密封盖；以及

排气管，设置于所述第二密封盖上，与所述罐体的内部连通，所述排气管上设置有可开关的第三密封盖。

优选的是，所述至少四根筛管为六根筛管。

本发明至少包括以下有益效果：

1、所述罐体为圆筒状的，采用立式安装，具有较强的可移动性，可在油田作业现场实时处理污水；

2、在罐体内设置呈环形的超声波振荡器，可使污水与臭氧之间形成超声空化作用，生成氧化性能更强、反应选择性较低的羟基自由基，其氧化电位可达到2.8V，提高氧化反应效率；

3、在罐体内设置有锰砂催化剂填料，可形成催化臭氧氧化作用，提高臭氧分解效率；

4、进水管路中设置有水力空化装置，采用交叉布置的多孔板，可形成水力空化作用，提高气液混合效率，降低处理成本。

附图说明

图1是本发明所述的臭氧氧化反应器的剖视结构示意图；

图2是本发明所述的布水器的结构示意图；

图3是本发明所述的超声波振荡器的结构示意图；

图4是本发明所述的第一多孔板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1-图4示出了根据本发明的一种实现形式，一种臭氧氧化反应器100，包括罐体110和与所述罐体110连通的进水管路120，所述进水管路120上设有进水口和臭氧进气口121，所述臭氧进气口121中通有臭氧，所述进水管路120内设置有使水与臭氧发生水力空化作用的水力空化装置180；所述罐体110中设有使水与臭氧发生超声空化的超声波振荡器150，所述超声波振荡器150与超声波发生器连接；罐体110的空腔内填充满激发臭氧产生羟基自由基的催化剂160。

在本实例中，所述水力空化装置180由两组平行并列的多孔板构成，对于任意一组多孔板由多个第一多孔板181彼此呈60°首尾连接而成，所述两组多孔板彼此交错设置于所述进水管路120的管体的内部，当污水通过内部交错布置的两组多孔板时，由于受到多孔板的阻流作用，流速剧增，压力骤减，产生大量的空化气泡，发生水力空化反应，可以产生局部高温现象，使难降解有机物，在空化气泡内发生化学键断裂、高温分解，其中自由基反应如下：

H₂O→·OH+·H；

2·OH→H₂O₂；

2·H→H₂；

这些反应将激发生成羟基自由基和双氧水，两者均具有高化学活性和强氧化性，能够加速臭氧溶解和氧化效率，使气液混合均匀，形成水力空化协同氧化的作用。在其它实例中多个第一多孔板181彼此可以呈40°-70°首尾连接。

在上述方案中，所述罐体110呈圆筒状竖直设置，采用立式安装，具有较强的可移动性，可在油田作业现场实时处理污水。

所述超声波振荡器150呈圆环状固定于所述罐体110的内壁，所述超声波振荡器150内沿其圆周均匀设置有6-18个超声波换能器151。

在另一种实例中，所述超声波振荡器150内设有12个超声波换能器151，所述超声波换能器151呈圆台状，12个超声波换能器151沿超声波振荡器150的圆周均匀设置，两相邻的超声波换能器151连接超声波振荡器150的圆心形成的夹角为30°，超声波振荡器150中的超声波接线端152连接外部的超声波发生器，所述超声波发生器的功率为16-20KHz。在超声波换能器151的周期性震荡作用下，水被分解产生·H和·OH自由基，同时加速溶解水中的O₃发生裂解反应，形成超声空化作用。空化气泡在声场的作用下振动、生长并不断聚集声场能量，当能量达到极限值时，空化气泡集聚崩溃，释放巨大的能量可激发臭氧生成羟基自由基，加速臭氧氧化效率，形成超声空化协同氧化的作用，使羟基自由基充分分解油田污水中的有毒有机物，将这些有机物转化成CO₂、H₂O和矿物盐，降低了化学需氧量，同时不会产生二次污染。

在本实例中，所述罐体110内沿所述罐体110的轴向平行固定有至少两组超声波振荡器150，可提高单位体积的污水中的超声波换能器151的数量，提高污水处理的氧化效率。

所述进水管路120贯穿所述罐体110的中心并沿所述罐体110的径向延伸至罐体110内一定距离，其出水端呈封闭状；罐体110内的进水管路120上设置有使经水力空化后的水与臭氧进入罐体110的布水器140，所述布水器140由至少四根筛管141构成，所述至少四根筛管141垂直于所述进水管路120均匀对称设置于所述进水管路120的两侧，对于任意一根筛管141均与所述进水管路120连通，所述筛管141的孔径为3-8mm，所述筛管141的长度设置为使每根筛管141的一端与进水管路120垂直连通，另一端尽量靠近罐体110的内壁。布水器140可保证均匀稳定的进水到罐体110中，使水与罐体110内的催化剂160接触更均匀。

在另一种实例中，所述筛管141的孔径为5mm，在3-8mm范围内，5mm孔径的筛管141的出水水流更均匀，速度更适中。

所述催化剂160为锰砂催化剂160，所述锰砂催化剂160的粒径为10-12mm。锰砂催化剂160可激发臭氧生成羟基自由基，形成催化臭氧氧化的作用，同时可以使污水与臭氧混合均匀，保证了反应时间。

在本实例中，所述臭氧氧化反应器100，还包括：

环形收水槽170，其上部开口处呈锯齿状，设置于所述罐体110内的上部。当污水从罐体110底端沿罐体110的轴向逐渐向上移动，最后进入环形收水槽170中，由于环形手水槽的开口呈锯齿状，保证了水流的均匀稳定。

出水管113，其贯穿所述罐体110并与所述环形收水槽170的侧壁连通。使进入环形手水槽中的水最后从出水管113中排出。

底座130，设置于所述罐体110的底部，以支撑所述罐体110。

排空管112，其一端与所述罐体110的底部连通，另一端穿过所述底座130与外部连通，所述排空管112上设置有可使所述排空管112密封的密封件。用于后期罐体110的维修保养，需要将罐体110中的水排出时，可通过排空管112将水排空。

可容纳人手的第一通孔111，设置于所述罐体110的侧壁，所述第一通孔111上设置有可开关的第一密封盖；将第一通孔111设置于两组超声波振荡器150之间，方便人手进入第一通孔111，维修超声波振荡器150。

可容纳人的第二通孔114，设置于所述罐体110的顶端，所述第二通孔114上设置有可开关的第二密封盖116，可使人能从第二通孔114进入，对罐体110进行检查与维修。

排气管115，设置于所述第二密封盖116上，与所述罐体110的内部连通，所述排气管115上设置有可开关的第三密封盖，使罐体110内反应后的氧气、二氧化碳或者多余的臭氧从排气管115中排出，排气管115与臭氧尾气破坏器连通，可反应多余的臭氧，减少空气的污染。

在另一种实例中，所述至少四根筛管141为六根筛管141，保证了罐体110内进水的均匀度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种臭氧氧化反应器，包括罐体和与所述罐体连通的进水管路，所述进水管路上设有进水口和臭氧进气口，所述臭氧进气口中通有臭氧，其特征在于，所述进水管路内设置有使水与臭氧发生水力空化作用的水力空化装置；所述罐体中设有使水与臭氧发生超声空化的超声波振荡器，所述超声波振荡器与超声波发生器连接；罐体的空腔内填充满激发臭氧产生羟基自由基的催化剂；

所述水力空化装置由两组平行并列的多孔板构成，对于任意一组多孔板由多个第一多孔板彼此呈40°-70°首尾连接而成，所述两组多孔板彼此交错设置于所述进水管路的管体的内部。

2.如权利要求1所述的臭氧氧化反应器，其特征在于，所述罐体呈圆筒状竖直设置。

3.如权利要求2所述的臭氧氧化反应器，其特征在于，所述超声波振荡器呈圆环状固定于所述罐体的内壁，所述超声波振荡器内沿其圆周均匀设置有6-18个超声波换能器。

4.如权利要求3所述的臭氧氧化反应器，其特征在于，所述超声波振荡器内设有12个超声波换能器，所述超声波换能器呈圆台状。

5.如权利要求3所述的臭氧氧化反应器，其特征在于，所述罐体内沿所述罐体的轴向平行固定有至少两组超声波振荡器。

6.如权利要求2所述的臭氧氧化反应器，其特征在于，所述进水管路贯穿所述罐体的中心并沿所述罐体的径向延伸至罐体内一定距离，其出水端呈封闭状；罐体内的进水管路上设置有使经水力空化后的水与臭氧进入罐体的布水器，所述布水器由至少四根筛管构成，所述至少四根筛管垂直于所述进水管路均匀对称设置于所述进水管路的两侧，对于任意一根筛管均与所述进水管路连通，所述筛管的孔径为3-8mm。

7.如权利要求1所述的臭氧氧化反应器，其特征在于，所述催化剂为锰砂催化剂，所述锰砂催化剂的粒径为10-12mm。

8.如权利要求2所述的臭氧氧化反应器，其特征在于，所述臭氧氧化反应器，还包括：

环形收水槽，其上部开口处呈锯齿状，设置于所述罐体内的上部；

出水管，其贯穿所述罐体并与所述环形收水槽的侧壁连通；

底座，设置于所述罐体的底部，以支撑所述罐体；

排空管，其一端与所述罐体的底部连通，另一端穿过所述底座与外部连通，所述排空管上设置有可使所述排空管密封的密封件；

可容纳人手的第一通孔，设置于所述罐体的侧壁，所述第一通孔上设置有可开关的第一密封盖；

可容纳人的第二通孔，设置于所述罐体的顶端，所述第二通孔上设置有可开关的第二密封盖；以及

排气管，设置于所述第二密封盖上，与所述罐体的内部连通，所述排气管上设置有可开关的第三密封盖。

9.如权利要求6所述的臭氧氧化反应器，其特征在于，所述至少四根筛管为六根筛管。