CN112098585A - 一种臭氧催化剂筛选装置及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种臭氧催化剂筛选装置，包括：臭氧发生器，催化氧化反应柱组和尾气破坏装置；催化氧化反应柱组由若干个催化氧化反应柱并联组成；从催化氧化反应柱下部至上部分别设有气液混合区、催化剂层和封头；气液混合区和催化剂层在竖直方向通过法兰上的法兰孔相连，封头和催化剂层在竖直方向上通过法兰上的法兰孔相连。本发明的有益效果是：臭氧催化剂筛选装置材质采用有机玻璃，可方便观测反应柱内曝气情况，催化剂情况以及气液混合情况；多个催化氧化反应柱上均设有取样口,可用于实现监测不同阶段催化剂催化氧化效果；多个催化氧化反应柱并联，可用于在相同操作参数条件下同时测试多种类型催化剂，提高筛选效率。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理设备技术领域，尤其涉及一种臭氧催化剂筛选装置及评价方法。
背景技术
许多废水存在有机物浓度高、成分复杂、生物降解难等特点；臭氧催化氧化技术作为深度处理技术中的新型技术，被广泛关注并应用。臭氧催化氧化通过引入催化剂促进臭氧分解生成氧化电位更高的羟基自由基，发生自由基链式反应分解水中难降解有机物，提高臭氧利用率，处理效率明显提高。其中臭氧非均相催化氧化的催化剂为固体形态，易与水分离，可重复利用，后处理成本低；所以目前非均相催化氧化应用更为普遍。
非均相催化氧化催化剂主要包括金属类氧化物(锰和铁的氧化物应用较多)，负载型催化剂，负载型催化剂一般是将活性组分负载在三氧化二铝，活性炭和二氧化硅等载体上，同时利用载体的特性提高催化氧化效率，市场上存在的非均相催化氧化催化剂种类繁多，性能参差不齐，对臭氧催化氧化效果也千差万别。目前开发的臭氧催化氧化装置一般为单槽或多级串联槽，不能够实现在相同参数条件下多种催化剂同时测试，不能对不同催化剂的催化氧化性能进行评价，无法快速筛选出更优质的臭氧催化剂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种臭氧催化剂筛选装置及评价方法。
这种臭氧催化剂筛选装置，包括：臭氧发生器，催化氧化反应柱组和尾气破坏装置；催化氧化反应柱组由若干个催化氧化反应柱并联组成；从催化氧化反应柱下部至上部分别设有气液混合区、催化剂层和封头；气液混合区和催化剂层在竖直方向通过法兰上的法兰孔相连，封头和催化剂层在竖直方向上通过法兰上的法兰孔相连；气液混合区底部设有臭氧曝气装置，臭氧发生器通过管道和臭氧曝气装置相连，连接的管道上还设有气体流量计；气液混合区底部在臭氧曝气装置的下方设有开口作为臭氧进气口；气液混合区的侧壁上设有进水口和排水口，排水口的位置正对进水口；排水口前端设有阀门；进水口通过管道与阀门一端相连，阀门另一端通过管道连接进水提升泵的一端，多个进水提升泵的另一端均接入进水箱；催化剂层底部设有多孔支撑过流筛板；催化剂层中部侧壁上设有第一取样口，第一取样口前端设有阀门；催化剂层顶部侧壁上设有第二取样口，第二取样口前端设有阀门；封头底部设有矩形过流筛板；封头侧壁上设有出水口，出水口前端设有阀门；封头顶部设有排气口；催化氧化反应柱组中每个排气口的出口管道均汇集至一根管道后接入尾气破坏装置，催化氧化反应柱组中每个催化氧化反应柱上出水口的出水管道与排水口的排水管道均汇集至同一条管道后接入排水箱。
作为优选，催化氧化反应柱组中催化氧化反应柱的材质均为有机玻璃，催化氧化反应柱的外壁均设有容量刻度标识。
作为优选，臭氧曝气装置固定于催化氧化反应柱的底部中心。
作为优选，多孔支撑过流筛板上布满圆孔，矩形过流筛板上设有矩形缝隙；多孔支撑过流筛板的面积和催化剂层的横截面积相同，矩形过流筛板的面积和封头的横截面积相同。
这种臭氧催化剂筛选装置的评价方法，包括如下步骤：
步骤1、打开每个催化氧化反应柱的封头和催化剂层之间的法兰，分别将一定量不同类型的臭氧催化剂从催化剂层上端装入至催化氧化反应柱，并将封头和催化剂层之间法兰通过法兰孔连接；
步骤2、打开臭氧发生器，通过调节臭氧发生器的进气流量和电流来控制臭氧产量；打开出水口前端的阀门，打开尾气破坏装置；对臭氧催化剂的催化氧化性能进行评价；
步骤3、根据取样时间在每个催化氧化反应柱中催化剂层的第一取样口和第二取样口分别取样，对所取不同水样进行化学需氧量分析和总有机碳分析，比较不同臭氧催化剂对水样的臭氧催化氧化能力，筛选出较高处理效率的臭氧催化剂；
步骤4、筛选完毕后，依次关闭臭氧催化剂筛选装置中的每个进水提升泵、每个进水口前端的阀门、臭氧发生器和尾气破坏器；打开每个排水口前端的阀门，将每个催化氧化反应柱内的废水排空；将催化剂层上下两端的法兰上的法兰孔打开后，取下法兰，将催化剂层倒置取出臭氧催化剂。
作为优选，步骤2中对臭氧催化剂的催化氧化性能进行评价的流程为：在相同水力停留时间和相同臭氧催化剂装载量条件下，打开每个催化氧化反应柱上臭氧曝气装置前端的气体流量计来调整每个催化氧化反应柱的臭氧进气流量进而改变气液比，评价不同类型臭氧催化剂在不同气液比条件下的催化氧化性能；在相同臭氧催化剂装载量和相同气液比条件下，打开每个催化氧化反应柱上进水口前端的阀门，打开每个进水提升泵，通过调节每个进水提升泵来控制催化氧化反应柱的进水流量进而改变水力停留时间，评价不同类型臭氧催化剂在不同停留时间条件下的催化氧化性能；在相同水力停留时间和相同气液比条件下，通过调整每个催化氧化反应柱的臭氧催化剂装载量来评价不同装载量臭氧催化剂的催化氧化性能。
作为优选，臭氧催化剂装载量按体积量取，体积范围为0～10L；当量取体积为0时，不装载催化剂作为空白对比；每个进水提升泵控制催化氧化反应柱的进水流量之间误差小于1％，进水流量为0～100L/h；气体流量计调整每个催化氧化反应柱的臭氧进气流量在0～15L/h内，气体流量计的测量精度大于0.5％。
作为优选，步骤2中臭氧发生器的臭氧产量为0～500g/h；步骤4中取出的臭氧催化剂经清洗和烘干后重复使用。
作为优选，步骤3中第一取样口和第二取样口的取样时间根据水力停留时间调整；根据水样的化学需氧量和总有机碳的分析结果设置多个取样时间。
作为优选，步骤1中臭氧催化剂为铝基催化剂、活性炭基催化剂或陶基催化剂。
本发明的有益效果是：臭氧催化剂筛选装置材质采用有机玻璃，可方便观测反应柱内曝气情况，催化剂情况以及气液混合情况。每个反应柱催化剂层多点同时取样，可实现监测不同阶段催化剂催化氧化效果。多个反应柱并联，可在相同操作参数条件下同时测试多种类型催化剂，实时对比不同催化剂的催化氧化性能，提高筛选效率。
附图说明
图1为臭氧催化剂筛选装置示意图；
图2为多孔支撑过流筛板示意图；
图3为矩形过流筛板示意图。
附图标记说明：臭氧发生器1、尾气破坏装置3、催化氧化反应柱4、气液混合区5、催化剂层6、封头7、臭氧进气口8、臭氧曝气装置9、进水口10、排水口11、多孔支撑过流筛板12、第一取样口13、第二取样口14、矩形过流筛板15、出水口16、排气口17、法兰18、气体流量计19、阀门20、进水提升泵21、进水箱22、排水箱23、法兰孔24。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本发明的臭氧催化剂筛选装置如图1所示，包括：臭氧发生器1，催化氧化反应柱组和尾气破坏装置3；催化氧化反应柱组由若干个催化氧化反应柱4(材质均为有机玻璃，外壁设有容量刻度标识)并联组成；从催化氧化反应柱4下部至上部分别设有气液混合区5、催化剂层6和封头7；气液混合区5和催化剂层6在竖直方向通过法兰18上的法兰孔24相连，封头7和催化剂层6在竖直方向上通过法兰18上的法兰孔24相连；气液混合区5底部设有臭氧曝气装置9(固定于催化氧化反应柱4的底部中心)，臭氧发生器1通过管道和臭氧曝气装置9相连，连接的管道上还设有气体流量计19；气液混合区5底部在臭氧曝气装置9的下方设有开口作为臭氧进气口8；气液混合区5的侧壁上设有进水口10和排水口11，排水口11的位置正对进水口10；排水口11前端设有阀门20；进水口10通过管道与阀门20一端相连，阀门20另一端通过管道连接进水提升泵21的一端，多个进水提升泵21的另一端均接入进水箱22；催化剂层6底部设有多孔支撑过流筛板12(布满圆孔)；催化剂层6中部侧壁上设有第一取样口13，第一取样口13前端设有阀门20；催化剂层6顶部侧壁上设有第二取样口14，第二取样口14前端设有阀门20；封头7底部设有矩形过流筛板15(设有矩形缝隙)；封头7侧壁上设有出水口16，出水口16前端设有阀门20；封头7顶部设有排气口17；催化氧化反应柱组中每个排气口17的出口管道均汇集至一根管道后接入尾气破坏装置3，催化氧化反应柱组中每个催化氧化反应柱4上出水口16的出水管道与排水口11的排水管道均汇集至同一条管道后接入排水箱23。
作为一种实施例，臭氧催化剂筛选装置的评价方法为：
选取的催化氧化反应柱组包含5支催化氧化反应柱，可实现对5种不同臭氧催化剂的测试。
开始试验前打开每个催化氧化反应柱封头和催化剂层之间的法兰，选取5种不同类型的臭氧催化剂，分别命名为催化剂A、催化剂B、催化剂C、催化剂D、催化剂E，将每种催化剂分别从催化剂层上端装入每个催化氧化反应柱至刻度5.0L，将封头和催化剂层法兰连接。
打开臭氧催化剂筛选装置配电箱开始试验，打开每个反应柱进水口前端阀门，打开每个进水提升泵，所需水力停留时间为30分钟，通过调节每个进水提升泵控制进水流量为5L/h，打开臭氧发生器，调节臭氧发生器进气流量为20L/h，当废水液位至0.5L时，调节臭氧发生器电流为1.5A，使得臭氧产量大于2g/L，打开每个反应柱曝气装置前端气体流量计，分别调节每个反应柱臭氧进气流量为3L/h，打开出水口阀门，打开尾气破坏装置。
在臭氧催化氧化反应时间为10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、45分钟、60分钟时在每个反应柱催化剂层第一取样口和第二取样口分别取样，分别对所取不同水样进行化学需氧量和总有机碳测试，记录测试结果，比较催化剂A、催化剂B、催化剂C、催化剂D、催化剂E对有机物的催化降解效果，筛选出较高处理效率的臭氧催化剂。
筛选试验完毕，依次关闭每个进水提升泵、每个进水口前端阀门、臭氧发生器、尾气破坏器，打开每个排水口前端阀门，将每个催化氧化反应柱内废水排空，将催化剂层上下两端法兰打开后取下，将催化剂层倒置取出催化剂。
Claims (10)
1.一种臭氧催化剂筛选装置，其特征在于，包括：臭氧发生器(1)，催化氧化反应柱组和尾气破坏装置(3)；催化氧化反应柱组由若干个催化氧化反应柱(4)并联组成；从催化氧化反应柱(4)下部至上部分别设有气液混合区(5)、催化剂层(6)和封头(7)；气液混合区(5)和催化剂层(6)在竖直方向通过法兰(18)上的法兰孔(24)相连，封头(7)和催化剂层(6)在竖直方向上通过法兰(18)上的法兰孔(24)相连；
气液混合区(5)底部设有臭氧曝气装置(9)，臭氧发生器(1)通过管道和臭氧曝气装置(9)相连，连接的管道上还设有气体流量计(19)；气液混合区(5)底部在臭氧曝气装置(9)的下方设有开口作为臭氧进气口(8)；气液混合区(5)的侧壁上设有进水口(10)和排水口(11)，排水口(11)的位置正对进水口(10)；排水口(11)前端设有阀门(20)；进水口(10)通过管道与阀门(20)一端相连，阀门(20)另一端通过管道连接进水提升泵(21)的一端，多个进水提升泵(21)的另一端均接入进水箱(22)；催化剂层(6)底部设有多孔支撑过流筛板(12)；催化剂层(6)中部侧壁上设有第一取样口(13)，第一取样口(13)前端设有阀门(20)；催化剂层(6)顶部侧壁上设有第二取样口(14)，第二取样口(14)前端设有阀门(20)；封头(7)底部设有矩形过流筛板(15)；封头(7)侧壁上设有出水口(16)，出水口(16)前端设有阀门(20)；封头(7)顶部设有排气口(17)；催化氧化反应柱组中每个排气口(17)的出口管道均汇集至一根管道后接入尾气破坏装置(3)，催化氧化反应柱组中每个催化氧化反应柱(4)上出水口(16)的出水管道与排水口(11)的排水管道均汇集至同一条管道后接入排水箱(23)。
2.根据权利要求1所述臭氧催化剂筛选装置，其特征在于：催化氧化反应柱组中催化氧化反应柱(4)的材质均为有机玻璃，催化氧化反应柱(4)的外壁均设有容量刻度标识。
3.根据权利要求1所述臭氧催化剂筛选装置，其特征在于：臭氧曝气装置(9)固定于催化氧化反应柱(4)的底部中心。
4.根据权利要求1所述臭氧催化剂筛选装置，其特征在于：多孔支撑过流筛板(12)上布满圆孔，矩形过流筛板(15)上设有矩形缝隙；多孔支撑过流筛板(12)的面积和催化剂层(6)的横截面积相同，矩形过流筛板(15)的面积和封头(7)的横截面积相同。
5.一种如权利要求1所述臭氧催化剂筛选装置的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、打开每个催化氧化反应柱(4)的封头(7)和催化剂层(6)之间的法兰(18)，分别将一定量不同类型的臭氧催化剂从催化剂层(6)上端装入至催化氧化反应柱(4)，并将封头(7)和催化剂层(6)之间法兰(18)通过法兰孔(24)连接；
步骤2、打开臭氧发生器(1)，通过调节臭氧发生器(1)的进气流量和电流来控制臭氧产量；打开出水口(16)前端的阀门，打开尾气破坏装置(3)；对臭氧催化剂的催化氧化性能进行评价；
步骤3、根据取样时间在每个催化氧化反应柱(4)中催化剂层(6)的第一取样口(13)和第二取样口(14)分别取样，对所取水样进行化学需氧量分析和总有机碳分析，比较不同臭氧催化剂对水样的臭氧催化氧化能力，筛选出较高处理效率的臭氧催化剂；
步骤4、筛选完毕后，依次关闭臭氧催化剂筛选装置中的每个进水提升泵(21)、每个进水口(10)前端的阀门(20)、臭氧发生器(1)和尾气破坏器(3)；打开每个排水口(11)前端的阀门(20)，将每个催化氧化反应柱(4)内的废水排空；将催化剂层(6)上下两端的法兰(18)上的法兰孔(24)打开后，取下法兰(18)，将催化剂层(6)倒置取出臭氧催化剂。
6.根据权利要求5所述臭氧催化剂筛选装置的评价方法，其特征在于，步骤2中对臭氧催化剂的催化氧化性能进行评价的流程为：
在相同水力停留时间和相同臭氧催化剂装载量条件下，打开每个催化氧化反应柱(4)上臭氧曝气装置(9)前端的气体流量计(19)来调整每个催化氧化反应柱(4)的臭氧进气流量进而改变气液比，评价不同类型臭氧催化剂在不同气液比条件下的催化氧化性能；
在相同臭氧催化剂装载量和相同气液比条件下，打开每个催化氧化反应柱(4)上进水口(10)前端的阀门(20)，打开每个进水提升泵(21)，通过调节每个进水提升泵(21)来控制催化氧化反应柱(4)的进水流量进而改变水力停留时间，评价不同类型臭氧催化剂在不同停留时间条件下的催化氧化性能；
在相同水力停留时间和相同气液比条件下，通过调整每个催化氧化反应柱(4)的臭氧催化剂装载量来评价不同装载量臭氧催化剂的催化氧化性能。
7.根据权利要求6所述臭氧催化剂筛选装置的评价方法，其特征在于：臭氧催化剂装载量按体积量取，体积范围为0～10L；当量取体积为0时，不装载催化剂作为空白对比；每个进水提升泵(21)控制催化氧化反应柱(4)的进水流量之间误差小于1％，进水流量为0～100L/h；气体流量计(19)调整每个催化氧化反应柱(4)的臭氧进气流量在0～15L/h内，气体流量计(19)的测量精度大于0.5％。
8.根据权利要求5所述臭氧催化剂筛选装置的评价方法，其特征在于：步骤2中臭氧发生器(1)的臭氧产量为0～500g/h；步骤4中取出的臭氧催化剂经清洗和烘干后重复使用。
9.根据权利要求5所述臭氧催化剂筛选装置的评价方法，其特征在于：步骤3中第一取样口(13)和第二取样口(14)的取样时间根据水力停留时间调整；根据水样的化学需氧量和总有机碳的分析结果设置多个取样时间。
10.根据权利要求5所述臭氧催化剂筛选装置的评价方法，其特征在于：步骤1中臭氧催化剂为铝基催化剂、活性炭基催化剂或陶基催化剂。
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