CN113087114A - 一种下置催化剂臭氧催化反应器及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种下置催化剂臭氧催化反应器,包括臭氧反应塔、臭氧曝气装置、臭氧溶解层、催化剂层和外循环泵,其中:臭氧反应塔内为两部分且包括为废水于臭氧接触部分的臭氧溶解层和位于臭氧曝气装置下方的催化剂层,臭氧溶解层上设置有总进水口、总出水口、回流入口、回流出口和尾气出口,总进水口位于臭氧溶解层下部,总出水口位于臭氧溶解层上部。本发明提供的一种下置催化剂外循环臭氧催化氧化反应器及其工艺,通过将臭氧由气相向液相的溶解过程与固体催化剂对液相中臭氧的催化过程分离,避免了气泡在催化剂床层颗粒内的并聚长大,提高了臭氧由气相到液相的扩散溶解速率,解决了气泡在催化剂床层内的滞留而引起的液固传质受阻的问题。

Description

一种下置催化剂臭氧催化反应器及其工艺
技术领域
本发明涉及臭氧催化反应技术领域,具体为一种下置催化剂臭氧催化反应器及其工艺。
背景技术
非均相臭氧催化氧化技术广泛应用于污水的深度处理。臭氧催化氧化技术克服了臭氧直接氧化缓慢且具有明显选择性的缺点,是在催化剂的作用下将臭氧分子分解产生羟基自由基,间接与水中有机物作用,反应速率快,没有选择性。
臭氧催化氧化技术通常采用以铁、锰、铜等氧化物为活性组分,Al2O3、活性炭、陶粒或其他载体材料制备而成的催化剂,形成气、固、液三相反应体系。气相中臭氧向液相中的扩散溶解、液相中臭氧与固体颗粒催化剂接触被催化形成羟基自由基、羟基自由基在液相中对有机污染物的氧化,是整个臭氧催化氧化过程的核心过程。如何提高气、液、固三相的传质能力,提高催化剂催化效果,是近年来研究的热点。
然而,现有的臭氧催化反应器通常是将一定量的催化剂装填在反应器内部,受到催化剂床层内气液固三相共存的影响,该类型反应器存在如下问题::(1)臭氧气泡再床层内容易滞留并长大形成大尺寸气泡,不利于臭氧从气泡内向液相中的扩散溶解;(2)催化剂具有分解气泡内臭氧的作用;(3)气泡占据了大量的液相与固体催化剂的位置,阻碍了催化剂对液相中臭氧的催化效果,最终导致了臭氧的利用率低、催化剂的效率低。鉴于此问题,需要一种能够强化臭氧溶解、提高催化剂利用效率的装置和方法,进而提升臭氧催化氧化技术的处理效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种下置催化剂臭氧催化反应器及其工艺,解决了,这一技术问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种下置催化剂臭氧催化反应器,包括臭氧反应塔、臭氧曝气装置、臭氧溶解层、催化剂层和外循环泵,其中:
所述臭氧反应塔内为两部分且包括为废水于臭氧接触部分的臭氧溶解层和位于臭氧曝气装置下方的催化剂层,所述臭氧溶解层上设置有总进水口、总出水口、回流入口、回流出口和尾气出口,所述总进水口位于臭氧溶解层下部,所述总出水口位于臭氧溶解层上部,所述回流入口位于臭氧反应塔上部,所述回流出口位于催化剂层下部,所述尾气出口位于臭氧反应塔顶部;
所述臭氧曝气装置包括配合使用的臭氧进气口和臭氧曝气盘,所述臭氧进气口从臭氧反应塔底部进入并与臭氧曝气盘相连接,所述臭氧曝气盘位于臭氧反应塔内且底部位于催化剂层的上部;
所述臭氧反应塔的底部通过管道与外循环泵进口相连通,所述外循环泵出口与臭氧反应塔上部相连通,以形成臭氧反应塔外循环通道。
作为本发明的一种优选实施方式,所述臭氧反应塔的回流入口低于总出水口,所述臭氧反应塔的回流出口位于臭氧反应塔最下端。
作为本发明的一种优选实施方式,所述尾气出口排气管路上设有尾气破坏器。
作为本发明的一种优选实施方式,所述臭氧进气口通过管道连接有臭氧发生器。
作为本发明的一种优选实施方式,所述臭氧曝气盘安装在呈圆形均匀分布的布水管上,所述臭氧曝气盘为微孔曝气器,优选钛合金和刚玉材质微孔曝气器。
作为本发明的一种优选实施方式,其具体操作步骤如下:
首先将待处理的废水通过总进水口进入到臭氧反应塔,废水位于臭氧溶解层的上方,然后臭氧通过臭氧曝气装置进入到臭氧反应塔的内部并通过将臭氧曝气盘将臭氧气体分散于臭氧反应塔内水中,利用臭氧溶解层对臭氧进行溶解处理,并通过下方的催化剂层对臭氧进行催化处理,提升臭氧催化氧化的效果,处理后的水通过回流出口并利用外循环泵抽至回流入口,将废水回流至臭氧反应塔内进行循环处理,废气通过尾气出口进行外排处理,最后处理达标的水通过总出水口进行外排处理。
作为本发明的一种优选实施方式,所述催化剂层中催化剂选用高效活性组分的催化剂,催化剂为负载铁、铜金属的比表面积大的氧化铝球,其粒径在3mm-5mm。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明提供的一种下置催化剂外循环臭氧催化氧化反应器及其工艺,通过将臭氧由气相向液相的溶解过程与固体催化剂对液相中臭氧的催化过程分离,避免了气泡在催化剂床层颗粒内的并聚长大,提高了臭氧由气相到液相的扩散溶解速率,解决了气泡在催化剂床层内的滞留而引起的液固传质受阻的问题,增加了催化剂与液相的接触面积,从而提高了催化剂的利用效率,并通过设置外循环增加湍流而强化传质与催化效率,同时下置催化剂增加了臭氧塔的有效水利停留时间,有利于催化反应的进行,并且便于催化剂的维护与更换。
附图说明
图1为本发明所述下置催化剂臭氧催化反应器结构图;
图2为本发明的实施例1的效果示意图;
图3为本发明的实施例2的效果示意图。
图中:1、臭氧反应塔;2、臭氧曝气装置;3、臭氧溶解层;4、催化剂层;5、外循环泵;6、总进水口;7、总出水口;8、回流入口;9、回流出口;10、尾气出口;11、臭氧进气口;12、臭氧曝气盘;14、布水管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,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。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
实施例1
以特定目标污染物为例,用蒸馏水配置分析纯苯甲酸,至COD在300mg/L。利用传统柱状臭氧反应器与本发明处理苯甲酸溶液。
臭氧投加量为200mg/L,臭氧随苯甲酸溶液同时进入臭氧反应塔中,同时开启外循环泵,回流比控制在100%。
本实施例催化剂采用负载高效活性组分及催化作用的氧化铝球,催化剂体积与臭氧反应塔中水总体积比为1:7。
具体效果见图2,在相同臭氧投加量及水质的情况下,传统臭氧反应器COD和TOC去除率为42%、31%,本发明装置COD和TOC去除率为79%、67%。
实施例2
以特定目标污染物为例,用蒸馏水配置分析纯苯甲酸,至COD在300mg/L。利用传统柱状臭氧反应器与本发明处理苯甲酸溶液。
臭氧总投加量为200mg/L。传统柱状臭氧反应器为直接将催化剂承托于臭氧曝气盘上方,淹没总进水口,待进水时开启臭氧曝气;本装置臭氧随苯甲酸溶液同时进入臭氧反应塔中,废水溶解臭氧后通过外循环泵回到臭氧反应器内,回流比控制在100%。
本实施例催化剂采用负载高效活性组分及催化作用的氧化铝球,催化剂体积与臭氧反应塔中水总体积比为1:7。
于不同臭氧投加量下取样测定COD具体效果见图3。
在使用时:本发明具体操作步骤如下:首先将待处理的废水通过总进水口6进入到臭氧反应塔1,废水位于臭氧溶解层3的上方,然后臭氧通过臭氧曝气装置2进入到臭氧反应塔1的内部并通过将臭氧曝气盘12将臭氧气体分散于臭氧反应塔1内水中,利用臭氧溶解层3对臭氧进行溶解处理,并通过下方的催化剂层4对臭氧进行催化处理,提升臭氧催化氧化的效果,处理后的水通过回流出口9并利用外循环泵5抽至回流入口8,将废水回流至臭氧反应塔1内进行循环处理,废气通过尾气出口10进行外排处理,最后处理达标的水通过总出水口7进行外排处理。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种下置催化剂臭氧催化反应器,其特征在于,包括臭氧反应塔(1)、臭氧曝气装置(2)、臭氧溶解层(3)、催化剂层(4)和外循环泵(5),其中:
所述臭氧反应塔(1)内为两部分且包括为废水于臭氧接触部分的臭氧溶解层(3)和位于臭氧曝气装置(2)下方的催化剂层(4),所述臭氧溶解层(3)上设置有总进水口(6)、总出水口(7)、回流入口(8)、回流出口(9)和尾气出口(10),所述总进水口(6)位于臭氧溶解层(3)下部,所述总出水口(7)位于臭氧溶解层(3)上部,所述回流入口(8)位于臭氧反应塔(1)上部,所述回流出口(9)位于催化剂层(4)下部,所述尾气出口(10)位于臭氧反应塔(1)顶部;
所述臭氧曝气装置(2)包括配合使用的臭氧进气口(11)和臭氧曝气盘(12),所述臭氧进气口(11)从臭氧反应塔(1)底部进入并与臭氧曝气盘(12)相连接,所述臭氧曝气盘(12)位于臭氧反应塔(1)内且底部位于催化剂层(4)的上部;
所述臭氧反应塔(1)的底部通过管道与外循环泵(5)的进口相连通,所述外循环泵(5)的出口与臭氧反应塔(1)上部相连通,以形成臭氧反应塔(1)外循环通道。
2.根据权利要求1所述的一种下置催化剂臭氧催化反应器,其特征在于:所述臭氧反应塔(1)的回流入口(8)低于总出水口(7),所述臭氧反应塔(1)的回流出口(9)位于臭氧反应塔(1)最下端。
3.根据权利要求1所述的一种下置催化剂臭氧催化反应器,其特征在于:所述尾气出口(10)排气管路上设有尾气破坏器。
4.根据权利要求1所述的一种下置催化剂臭氧催化反应器,其特征在于:所述臭氧进气口(11)通过管道连接有臭氧发生器。
5.根据权利要求1所述的一种下置催化剂臭氧催化反应器,其特征在于:所述臭氧曝气盘(12)上设置有布水管(14),所述臭氧曝气盘(12)安装在呈圆形均匀分布的布水管(14)上,所述臭氧曝气盘(12)为微孔曝气器,优选钛合金和刚玉材质微孔曝气器。
6.根据权利要求1-5所述的一种下置催化剂臭氧催化反应器的操作工艺,其特征在于:其具体操作步骤如下:
首先将待处理的废水通过总进水口(6)进入到臭氧反应塔(1),废水位于臭氧溶解层(3)的上方,然后臭氧通过臭氧曝气装置(2)进入到臭氧反应塔(1)的内部并通过将臭氧曝气盘(12)将臭氧气体分散于臭氧反应塔(1)内水中,利用臭氧溶解层(3)对臭氧进行溶解处理,并通过下方的催化剂层(4)对臭氧进行催化处理,提升臭氧催化氧化的效果,处理后的水通过回流出口(9)并利用外循环泵(5)抽至回流入口(8),将废水回流至臭氧反应塔(1)内进行循环处理,废气通过尾气出口(10)进行外排处理,最后处理达标的水通过总出水口(7)进行外排处理。
7.根据权利要求1所述的一种下置催化剂臭氧催化反应器及其工艺,其特征在于:所述催化剂层(4)中催化剂选用高效活性组分的催化剂,催化剂为负载铁、铜金属的比表面积大的氧化铝球,其粒径在3mm-5mm。
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