CN112850876B - 一种用于臭氧催化氧化的三相反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于臭氧催化氧化的三相反应器，包括反应器主体和其内部设置的内循环构件；反应器主体内部自下而上依次设有分布板、催化剂支承板和气液分离器；内循环构件包括导流板和回流管；导流板为漏斗形状，位于催化剂支承板以上，气液分离器以下，中部与回流管顶部连通，回流管的底部贯穿至分布板以下，确保回流液能够沿回流管管道进入混合区A；反应器主体内部通过分布板、导流板以及气液分离器沿进水方向依次分隔为混合区A、反应区B和分离区C；催化剂支承板为一组，依次设置于反应区B内。本发明三相反应器实现了集气液混合、三相反应、气液分离三种功能于一体，在无需增设混合及分离设备的情况下实现了气液固三相的有效混合及快速分离。

Description

一种用于臭氧催化氧化的三相反应器

技术领域

本发明涉及废水处理装置，尤其涉及一种用于臭氧催化氧化的三相反应器。

背景技术

近年来，随着社会经济的高速发展，我国城市化水平显著提高，但环境保护长期滞后于城市发展，水质恶化等环境污染问题日益突出。水质恶化一大源头为有机废水的排放，特别是石油、农药、化工等行业的废水，这些废水具有化学成分复杂、难降解、毒性高、COD含量高等特点而不易被处理。高级氧化工艺是一种以·OH为核心的化学氧化技术，具有高效、快速、彻底等优点，在有机废水处理领域显示出巨大的潜力。常规的高级氧化工艺主要有光催化氧化、臭氧氧化、Fenton氧化等，其中臭氧氧化工艺因具有氧化能力强、污染物去除效果好、可大幅提高水体可生化性等优点，在高浓度难降解有机废水处理领域得到广泛应用。但单独进行臭氧氧化时，无法在低剂量和短时间内充分矿化污染物，且生成的中间产物会阻止臭氧进一步氧化，因此常将催化技术与臭氧工艺联用，形成臭氧催化氧化技术。

CN107986425A公开了一种污水处理用臭氧氧化反应器，该反应器通过将出液口依次与文丘里管、循环泵、气水分布器循环连接，增加了气液混合的强度，实现了废水的循环处理，节省臭氧使用率20％左右。CN106145309A公开了一种双效臭氧催化氧化处理装置及方法，该装置包括非均相臭氧催化氧化反应器及紫外臭氧催化氧化反应器，并在非均相臭氧催化氧化反应器外增加循环管路，循环管路上设有汽水混合泵，部分氧化出水经循环水上口至循环管路进行循环。在臭氧投加浓度50mg/L，紫外光波长300nm，水力停留时间15min条件下，经该反应器处理的生化废水COD浓度由95 mg/L下降至25mg/L。上述专利均涉及臭氧催化氧化反应器用于处理污水，工艺效果显著。但上述相关反应器在实际工业应用中仍存在如下问题：臭氧和废水难以在反应器内实现有效混合，反应后气体产物和液体产物难以实现快速分离，常需在反应器外增设混合及分离设备，整个工艺系统的复杂程度因此提高，不利于后续运行管理；对于需要进行多次处理延长接触时间的废水，常需外设循环管路及配备相关动力设备，增加了系统能耗及运行成本。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供用于臭氧催化氧化的三相反应器，该反应器可以解决如下问题：一、将气液混合、三相反应以及气液分离三种功能集成于一体，无需在反应器外增设混合及分离设备；二、通过反应器内部的构件设计实现液体内循环，无需外加动力和外设循环管路；三、整个反应器一体化设计，有效提高反应器紧凑度，便于后续运行维护。

为了达到上述目的，本申请采用的技术方案如下：

一种用于臭氧催化氧化的三相反应器，包括反应器主体和其内部设置的内循环构件；

所述反应器主体内部自下而上依次设有分布板、催化剂支承板和气液分离器；所述内循环构件包括导流板和回流管；所述导流板为漏斗形状，位于催化剂支承板以上，气液分离器以下，中部与回流管顶部连通，回流管的底部贯穿至分布板以下，确保回流液能够沿回流管管道进入混合区A；

所述的反应器主体内部通过分布板、导流板以及气液分离器沿进水方向依次分隔为混合区A、反应区B和分离区C；所述的催化剂支承板为一组，自下而上依次设置于反应区B内。

具体地，所述的漏斗形状的导流板的板面设有贯穿的出水孔，所述的出水孔内固定有金属丝网，起到初步的气液分离效果；漏斗形状的导流板的底部尖端与回流管顶部连通；反应区B内的反应物料经导流板上的出水孔进入分离区C分离，分离的多余物料通过导流板向下引流，经回流管重新回流至混合区A内混合。

进一步地，所述的内循环构件还包括锥形引流板和锥体底板；所述锥体底板固定在锥形引流板的底部，锥形引流板的锥形尖端位于回流管的底部端口下方；所述锥体底板的顶部通过设置于混合区A内的锥体固定支架进行固定。

具体地，所述的分布板为不锈钢材质槽盘式分布器，其下方位于反应器主体的底部设有气液混合器；所述气液混合器为不锈钢材质自吸式气液混合泵，其上设有进液口、进气口以及稳流口，臭氧和污水在所述气液混合器进行初步混合后通过稳流口进入混合区A。

优选地，所述气液混合器的稳流口位于锥形引流板和锥体底板的正下方；从稳流口进入混合区A的气液混合物料经锥体底板阻挡，向四周分散，从回流管回流下来的反应物料，经锥形引流板阻挡，向四周分散，从而与进入混合区A的气液混合物充分混合。

进一步地，所述气液分离器为由格栅板及气液滤网组合而成的盘式分离器，其通过支架固定在反应器内壁上；

气液分离器外圈设有出水堰，所述出水堰位于反应器内壁的一侧，开有出液口；气液分离器上方，位于反应器主体的顶部开有出气口。气液混合物经过所述气液分离器后，大部分气体产物逸出至反应器上部，最终由出气口排出，液体产物由出水堰溢出，最终由出液口排出。

具体地，所述的催化剂支承板为一对，分别靠近分布板和导流板设置，两块催化剂支承板之间填充有粒径为1～2cm球形的固体催化剂，废液、臭氧、固体催化剂三相在此区域充分接触反应，有效提高臭氧利用率；所述催化剂支承板布孔率大于30％，孔洞直径小于催化剂粒径，以防止催化剂从支承板孔洞下漏造成反应器堵塞。

优选地，所述漏斗形状的导流板上端焊接于反应器内壁上，下端与回流管顶部焊接；所述导流板相对于反应器中心轴线的倾斜角为30°～60°，所述回流管轴心线与反应器轴心线位于同一条直线上，回流管直径与反应器内直径之比为0.1～0.2。

优选地，所述的锥形引流板轴心线与回流管轴心线位于同一条直线上；锥形引流板锥角为90°～150°，与上部的回流管端口间隔距离2～3cm，为回流液体留有进入混合区A的通道的同时防止气体大量进入回流管。

优选地，所述锥体底板为向上拱起的弧面，缓冲来自气液混合器的上升液流的冲击，起到一定的遮流效果；锥体底板与下方的稳流口距离大于0.3m，以防止来自气液混合器的上升液流与来自回流管的下降回流液相互干扰；所述稳流口为上大下小喇叭状开口，上口径与分布板直径之比为0.2～0.5，上下口径之比为2～4，开口角度60°～ 120°，该设置能够避免液体大量涌出，减缓液流冲击力。

有益效果：

相比较于现有技术，本发明三相反应器实现了集气液混合、三相反应、气液分离三种功能于一体的一体化设计，在无需增设混合及分离设备的情况下实现了气液固三相的有效混合及快速分离，简化设备结构，易于后续运行及维护；并通过导流-回流- 引流结构构建了无需外加动力的内循环体系，实现了废水与臭氧、催化剂的重复、充分接触，在提高臭氧利用率，增强水质净化效果的同时不额外增加系统能耗，有利于降低工艺成本。本申请所述反应器，具有紧凑度高、设备结构简单、可有效延长三相接触时间、节约工艺成本等优点，可广泛应用于臭氧催化氧化反应器领域。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/ 或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是该用于臭氧催化氧化的三相反应器的整体结构示意图。

图2为反应器中导流板和回流管构成的内循环构件结构示意图。

图3是反应器中导流板的俯视结构示意图。

图4是反应器中气液分离器的俯视结构示意图。

其中，各附图标记分别代表：1反应器主体；101分布板；102催化剂支承板；103 气液分离器；1031格栅板；1032气液滤网；1033支架；104出水堰；105出液口；106 出气口；2内循环构件；201导流板；2011出水孔；2012金属丝网；202回流管；203 锥形引流板；2031锥体底板；2032锥体固定支架；3气液混合器；301进液口；302 进气口；303稳流口；

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1给出了本发明用于臭氧催化氧化的三相反应器的结构示意图。该反应器包括反应器主体1和其内部设置的内循环构件2。

其中，反应器主体1呈圆筒状结构，上下两端呈半球形，整个反应器器身高度3.2m，内径1.2m，其内部自下而上依次设有分布板101、催化剂支承板102和气液分离器103；内循环构件2包括导流板201和回流管202；所述导流板201为漏斗形状，位于催化剂支承板102以上，气液分离器103以下，中部与回流管202顶部连通，回流管202的底部贯穿至分布板101以下。反应器主体1内部通过分布板101、导流板201 以及气液分离器103沿进水方向依次分隔为混合区A、反应区B和分离区C；催化剂支承板102为一组，自下而上依次设置于反应区B内。

如图2和图3所示，漏斗形状的导流板201的板面设有贯穿的出水孔2011，所述的出水孔2011内固定有金属丝网2012；漏斗形状的导流板201的底部尖端与回流管 202顶部连通；反应区B内的反应物料经导流板201上的出水孔2011进入分离区C分离，分离的多余物料通过导流板201向下引流，经回流管202重新回流至混合区A内混合。

内循环构件2还包括锥形引流板203和锥体底板2031；所述锥体底板2031固定在锥形引流板203的底部，锥形引流板203的锥形尖端位于回流管202的底部端口下方；所述锥体底板2031的顶部通过设置于混合区A内的锥体固定支架2032进行固定。

分布板101为不锈钢材质槽盘式分布器，其下方位于反应器主体1的底部设有气液混合器3；所述气液混合器3为不锈钢材质自吸式气液混合泵，其上设有进液口301、进气口302以及稳流口303，气体和液体在所述气液混合器3进行初步混合后通过稳流口303进入混合区A。

气液混合器3的稳流口303位于锥形引流板203和锥体底板2031的正下方；从稳流口303进入混合区A的气液混合物料经锥体底板2031阻挡，向四周分散，从回流管 202回流下来的反应物料，经锥形引流板203阻挡，向四周分散，从而与进入混合区A 的气液混合物充分混合。

污水和臭氧分别从进液口301、进气口302进入气液混合器3进行初步混合，随后通过稳流口303进入反应器下端混合区A，与来自回流管202的低气含率回流液进一步混合。所述进液口301、进气口302两端均设有螺纹，用于与进液管、进气管接通；所述气液混合器3可以选择不锈钢材质自吸式气液混合泵。所述稳流口303与反应器焊接固定，稳流口下端与气液分离器通过螺纹连接固定。

如图4所示，气液分离器103为由格栅板1031及气液滤网1032组合而成的盘式分离器，其通过支架1033固定在反应器内壁上。

气液分离器103外圈设有出水堰104，所述出水堰104位于反应器内壁的一侧，开有出液口105；气液分离器103上方，位于反应器主体1的顶部开有出气口106。气液混合物经过所述气液分离器103后，大部分气体产物逸出至反应器上部，最终由出气口106排出，液体产物由出水堰104溢出，最终由出液口105排出。

催化剂支承板102为一对，分别靠近分布板101和导流板201设置，两块催化剂支承板102之间填充有粒径为1cm的球形固体催化剂，废液、臭氧、固体催化剂三相在此区域充分接触，进行臭氧催化氧化反应；所述催化剂支承板102布孔率大于30％，孔洞直径小于催化剂粒径，以防止催化剂从支承板孔洞下漏造成反应器堵塞。所述分布板101及催化剂支承板102均通过卡槽固定在反应器内壁上。

漏斗形状的导流板201上端焊接于反应器内壁上，下端与回流管202顶部焊接；所述导流板201相对于反应器中心轴线的倾斜角为45°，所述回流管202轴心线与反应器轴心线位于同一条直线上，回流管202直径为反应器内径的1/6。

锥形引流板203轴心线与回流管202轴心线位于同一条直线上；锥形引流板203 锥角为120°，与上部的回流管202端口间隔距离2cm，为回流液体留有进入混合区A 的通道的同时防止气体大量进入回流管。

锥体底板2031为向上拱起的弧面，缓冲来自气液混合器3的上升液流的冲击，起到一定的遮流效果；锥体底板2031与下方的稳流口303距离达到0.5m，以防止来自气液混合器3的上升液流与来自回流管202的下降回流液相互干扰；所述稳流口303 为上大下小喇叭状开口，上开口直径为分布板101直径的1/4，下开口直径为上开口直径的1/3，开口角度110°，该设置能够避免液体大量涌出，减缓液流冲击力。

该装置混合区A内，经过充分混合的高气含率混合液继续上行，通过分布板101 均匀进入反应区B，反应区B内设有催化剂层用以提高臭氧利用率，废液、臭氧、固体催化剂三相在此区域充分接触，进行臭氧催化氧化反应。反应区B内混合液从出水孔2011进入分离区C，此时在金属丝网2012作用下，气体与液体实现初步分离，由此产生的低气含率液体沿倾斜的导流板201进入回流管202上端，并在密度差作用下沿回流管202下行，经锥形引流板203进入反应器下端至混合区A，构成再循环液体。分离区C内设有气液分离器103，未进入内循环系统的气液混合物上行经过所述气液分离器103后，大部分气体产物逸出至反应器上部，最终由出气口106排出，液体产物由出水堰104溢出，最终由出液口105排出。

某煤化工企业产生的综合废水，pH为9～10，COD浓度为4000mg/L，氨氮浓度为250mg/L，用浓盐酸将该废水pH调节至7左右后，利用本实施例的臭氧催化氧化反应器处理该废水。选择MnO_x/γ-Al₂O₃为催化剂，控制催化剂投加量5g/L，臭氧投加量20mg/L，反应时间120min，处理过程如本实施例所述，经过约1周的运行调试后，出水COD浓度低于500mg/L，COD去除率高于85％，且处理效果稳定。

本发明提供了一种用于臭氧催化氧化的三相反应器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种用于臭氧催化氧化的三相反应器，其特征在于，包括反应器主体（1）和其内部设置的内循环构件（2）；

所述反应器主体（1）内部自下而上依次设有分布板（101）、催化剂支承板（102）和气液分离器（103）；所述内循环构件（2）包括导流板（201）和回流管（202）；所述导流板（201）为漏斗形状，位于催化剂支承板（102）以上，气液分离器（103）以下，中部与回流管（202）顶部连通，回流管（202）的底部贯穿至分布板（101）以下；

所述的反应器主体（1）内部通过分布板（101）、导流板（201）以及气液分离器（103）沿进水方向依次分隔为混合区A、反应区B和分离区C；所述的催化剂支承板（102）为一组，自下而上依次设置于反应区B内；

所述的漏斗形状的导流板（201）的板面设有贯穿的出水孔（2011），所述的出水孔（2011）内固定有金属丝网（2012）；漏斗形状的导流板（201）的底部尖端与回流管（202）顶部连通；反应区B内的反应物料经导流板（201）上的出水孔（2011）进入分离区C分离，分离的多余物料通过导流板（201）向下引流，经回流管（202）重新回流至混合区A内混合；

所述的内循环构件（2）还包括锥形引流板（203）和锥体底板（2031）；所述锥体底板（2031）固定在锥形引流板（203）的底部，锥形引流板（203）的锥形尖端位于回流管（202）的底部端口下方；所述锥体底板（2031）的顶部通过设置于混合区A内的锥体固定支架（2032）进行固定。

2.根据权利要求1所述的用于臭氧催化氧化的三相反应器，其特征在于，所述的分布板（101）为不锈钢材质槽盘式分布器，其下方位于反应器主体（1）的底部设有气液混合器（3）；所述气液混合器（3）为不锈钢材质自吸式气液混合泵，其上设有进液口（301）、进气口（302）以及稳流口（303），臭氧和废液在所述气液混合器（3）进行初步混合后通过稳流口（303）进入混合区A。

3.根据权利要求2所述的用于臭氧催化氧化的三相反应器，其特征在于，所述气液混合器（3）的稳流口（303）位于锥形引流板（203）和锥体底板（2031）的正下方；从稳流口（303）进入混合区A的气液混合物料经锥体底板（2031）阻挡，向四周分散，从回流管（202）回流下来的反应物料，经锥形引流板（203）阻挡，向四周分散，从而与进入混合区A的气液混合物充分混合。

4.根据权利要求1所述的用于臭氧催化氧化的三相反应器，其特征在于，所述气液分离器（103）为由格栅板（1031）及气液滤网（1032）组合而成的盘式分离器，其通过支架（1033）固定在反应器内壁上；

气液分离器（103）外圈设有出水堰（104），所述出水堰（104）位于反应器内壁的一侧，开有出液口（105）；气液分离器（103）上方，位于反应器主体（1）的顶部开有出气口（106）。

5.根据权利要求1所述的用于臭氧催化氧化的三相反应器，其特征在于，所述的催化剂支承板（102）为一对，分别靠近分布板（101）和导流板（201）设置，两块催化剂支承板（102）之间填充有粒径为1 ~ 2 cm球形的固体催化剂；所述催化剂支承板（102）布孔率大于30%，孔洞直径小于催化剂粒径。

6.根据权利要求1所述的用于臭氧催化氧化的三相反应器，其特征在于，所述漏斗形状的导流板（201）上端焊接于反应器内壁上，下端与回流管（202）顶部焊接；所述导流板（201）相对于反应器中心轴线的倾斜角为30°~ 60°，所述回流管（202）轴心线与反应器轴心线位于同一条直线上，回流管（202）直径与反应器内直径 之比为0.1 ~ 0.2。

7.根据权利要求3所述的用于臭氧催化氧化的三相反应器，其特征在于，所述的锥形引流板（203）轴心线与回流管（202）轴心线位于同 一条直线上；锥形引流板（203）锥角为90°~ 150°，与上部的回流管（202）端口间隔距离2 ~ 3 cm。

8.根据权利要求3所述的用于臭氧催化氧化的三相反应器，其特征在于，所述锥体底板（2031）为向上拱起的弧面，其与下方的稳流口（303）距离大于0.3 m；所述稳流口（303）为上大下小喇叭状开口，上口径与分布板（101）直径之比为0.2 ~ 0.5，上下口径之比为2 ~ 4，开口角度60°~ 120°。

Images