CN114471501A - 一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法 - Google Patents

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Abstract

一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，本发明涉及臭氧间歇原位再生活性炭技术领域。本发明解决现有曝气方式下臭氧的传质效率和氧化效率较低，运行成本较高，且臭氧对部分有机物的氧化效果较差的技术问题。方法：采用滤柱吸附处理待处理水，向滤柱通入臭氧微纳气泡或臭氧微纳气泡水，对滤柱内活性炭进行再生处理；再次通入待处理水进行吸附处理，该装置间歇往复运行。本发明可提高臭氧传质效率和氧化效率，提升臭氧对有机物的去除效果，活性炭吸附富集污染物后，通入臭氧微纳气泡或臭氧微纳气泡水间歇式臭氧再生，集中的吸附质被臭氧和自由基快速降解，大大提高了臭氧利用率。本发明用于去除水中有机物、原位再生活性炭。

Description

一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法
技术领域
本发明涉及臭氧原位再生活性炭技术领域。
背景技术
活性炭再生可分为化学再生、热再生、超临界氧化(湿法氧化)、臭氧再生、过硫酸盐再生、电化学再生、微波再生、超声再生活性炭。
化学再生可以通过使用特异性溶剂将吸附物质溶出或通过氧化化学试剂将吸附物种氧化分解，以达到化学再生的目的。用溶剂萃取需要进一步纯化溶剂，仅在回收有价值的产品时才建议使用。
热再生是通过高温和分裂降解大分子物质使得污染物与活性炭分离，热再生需要较高的热量，因为温度必须保持在1100℃以上。此外，大量碳(5-15％)经常由于磨损，烧坏和冲洗而损失。
超临界氧化再生通常通过亚临界或超临界条件下的湿氧化(WO)完成。尽管已经成功地应用于许多吸附物，但再生效率取决于吸附物质的溶解度和压力对碳化学结构的影响。
对于活性炭滤床工艺应用的难点在于活性炭的再生，高温高压等条件的再生方式难以在常规滤柱中进行原位再生，化学清洗的化学试剂也成本较为高昂，如何进行简单易行的原位再生，且在村镇饮用水运行成本的接受范围是本研究的重点。
发明内容
本发明要解决现有曝气方式下臭氧的传质效率和氧化效率较低，运行成本较高，且臭氧对部分有机物的氧化效果较差的技术问题，而提供一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法。
一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，具体按以下步骤进行：
一、将待处理水通入一种臭氧间歇再生活性炭装置的滤柱吸附进水口进行吸附处理，处理后的水由滤柱出水口排出；
二、当滤柱运行12h～30d，停止通入待处理水；
三、启动臭氧发生器，向滤柱通入臭氧微纳气泡或臭氧微纳气泡水，对滤柱内活性炭进行再生处理；
四、步骤三再生处理后，向滤柱再次通入待处理水进行吸附处理，该装置间歇往复运行。
进一步的，步骤一所述一种臭氧间歇再生活性炭装置包括氧气源、气体干燥装置、臭氧发生器和滤柱，所述滤柱内部设有活性炭，滤柱下半区域设置玻璃视窗，氧气源出气口与气体干燥装置进气口连通，气体干燥装置出气口与臭氧发生器进气口连通，臭氧发生器出气口与滤柱底部进气口连通，滤柱下部设置吸附进水口，在滤柱顶部设置进料口，滤柱上部设置出水口。
进一步的，在滤柱底部设置微孔曝气盘，滤柱下半区域设置玻璃视窗。所述曝气盘和滤柱为金属或玻璃等材质，金属的曝气盘与金属滤柱之间采用法兰连接或者焊接，玻璃等材质曝气盘与滤柱采用烧结制成，在滤柱下半区域设置一个圆形玻璃视窗，法兰连接的曝气盘和玻璃视窗更加方便滤柱更换活性炭。曝气盘根据活性炭滤柱的大小可选用钛板、不锈钢、玻璃砂芯等材质。
进一步的，步骤一所述一种臭氧间歇再生活性炭装置包括氧气源、气体干燥装置、臭氧发生器、滤柱、微纳气泡发生装置、冷凝柱和冷凝装置，所述滤柱内部设有活性炭，滤柱下半区域设置玻璃视窗，氧气源出气口与气体干燥装置进气口连通，气体干燥装置出气口与臭氧发生器进气口连通，臭氧发生器出气口与微纳气泡发生装置进气口连通，微纳气泡发生装置进水口与冷凝柱出水口连通，微纳气泡发生装置出水口与冷凝柱进水口连通，冷凝装置通过冷凝管与冷凝柱内部连接，冷凝柱气泡水出水口与滤柱底部进气口连通，滤柱下部设置吸附进水口，在滤柱顶部设置进料口，滤柱上部设置出水口。
进一步的，该装置所述冷凝柱上部设置循环进水口，且循环进水口与滤柱出水口连通。
进一步的，所述氧气源由氧气瓶直接供应或依次由空压机、冻干机和PSA制氧机进行氧气制备，储存在氧气储罐中。
所述的一种臭氧间歇再生活性炭装置作为间歇还原活性炭的装置应用在水处理领域。
该装置滤柱出水口连通循环进水口进行循环，滤柱中装有待再生的活性炭，将臭氧微纳气泡水通入滤柱，滤柱连通冷凝柱，再生活性炭滤柱后循环回到冷凝柱。装置可将上向流再生变为下向流再生。
本发明的工作原理是：活性炭进行再生处理时，由氧气源通入氧气，通过臭氧发生器产生臭氧通入滤柱中，去除滤柱中的饱和活性炭吸附的有机物，使活性炭再生，重新获得吸附能力。氧气的产生方式可以是普通纯氧，或者空气制氧机产生；臭氧发生器的功率在0.3～10kw；臭氧微纳气泡水中臭氧浓度为0.5～11mg/L。其中加入微纳气泡发生装置，将臭氧转化为臭氧微纳气泡水，利用臭氧微纳气泡水进行臭氧原位再生活性炭，活性炭通过吸附作用富集的污染物更容易被臭氧和自由基快速降解，提高了臭氧利用率。该装置滤柱运行12h-30d，进行一次再生处理，再生时间为30min-6h。本发明克服了传统曝气方式的臭氧的传质效率和氧化效率较低，运行成本较高的缺点。
本发明的有益效果是：
本发明利用臭氧微纳气泡进行臭氧原位再生活性炭，通过冷凝循环来降低温度。提供冷凝效果的液体可以是水，也可以是乙醇等，天气寒冷的地区可以自然水冷或者直接暴露在空气中。与现有技术相比，本发明利用冷凝循环使温度降低，溶解度增大，臭氧半衰期增长，利用微纳气泡具有停留时间长、传质效率高、利用臭氧高级氧化产生羟基自由基和活性炭吸附相结合等优点，可提高臭氧传质效率和氧化效率，提升臭氧对有机物的去除效果，且间歇式再生，通过活性炭吸附富集污染物，集中的污染物可以被臭氧和自由基快速降解，大大提高了臭氧利用率，相对于传统的水厂工艺，避免额外建造臭氧接触池，节省水头损失，且该发明减少臭氧的使用，节约能源、降低治水和运行成本，更加低碳环保。
本发明用于去除水中有机物、原位再生活性炭。
附图说明
图1为实施例一所述一种臭氧间歇再生活性炭装置结构示意图；
图2为实施例二所述一种臭氧间歇再生活性炭装置结构示意图；
图3为实施例三所述一种臭氧间歇再生活性炭装置结构示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，具体按以下步骤进行：
一、将待处理水通入一种臭氧间歇再生活性炭装置的滤柱吸附进水口7进行吸附处理，处理后的水由滤柱出水口6排出；
二、当滤柱4运行12h～30d，停止通入待处理水；
三、启动臭氧发生器3，向滤柱4通入臭氧微纳气泡或臭氧微纳气泡水，对滤柱4内活性炭进行再生处理；
四、步骤三再生处理后，向滤柱4再次通入待处理水进行吸附处理，该装置间歇往复运行。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述一种臭氧间歇再生活性炭装置包括氧气源1、气体干燥装置2、臭氧发生器3和滤柱4，所述滤柱4内部设有活性炭，滤柱4下半区域设置玻璃视窗，氧气源1出气口与气体干燥装置2进气口连通，气体干燥装置2出气口与臭氧发生器3进气口连通，臭氧发生器3出气口与滤柱底部进气口8连通，滤柱下部设置吸附进水口7，在滤柱顶部设置进料口5，滤柱上部设置出水口6。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：在滤柱4底部设置微孔曝气盘；若微孔曝气盘和滤柱为金属材质，则采用法兰连接或者焊接，若微孔曝气盘与滤柱为玻璃材质，则采用烧结制成。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一所述一种臭氧间歇再生活性炭装置包括氧气源1、气体干燥装置2、臭氧发生器3、滤柱4、微纳气泡发生装置9、冷凝柱10和冷凝装置11，所述滤柱4内部设有活性炭，滤柱4下半区域设置玻璃视窗，氧气源1出气口与气体干燥装置2进气口连通，气体干燥装置2出气口与臭氧发生器3进气口连通，臭氧发生器3出气口与微纳气泡发生装置进气口12连通，微纳气泡发生装置进水口13与冷凝柱出水口15连通，微纳气泡发生装置出水口14与冷凝柱进水口16连通，冷凝装置11通过冷凝管18与冷凝柱10内部连接，冷凝柱气泡水出水口17与滤柱底部进气口8连通，滤柱下部设置吸附进水口7，在滤柱顶部设置进料口5，滤柱上部设置出水口6。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：该装置所述冷凝柱10上部设置循环进水口19，且循环进水口19与滤柱出水口6连通。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述氧气源由氧气瓶直接供应或依次由空压机、冻干机和PSA制氧机进行氧气制备，储存在氧气储罐中。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三臭氧发生器3的功率为0.3～10kW。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三向滤柱4通入臭氧微纳气泡，控制滤柱4内臭氧浓度为0.5～11mg/L。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三臭氧微纳气泡水中臭氧浓度为0.5～11mg/L。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三所述滤柱4内活性炭再生处理的时间为30min～6h。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，该方法具体按以下步骤进行：
一、将待处理水通入一种臭氧间歇再生活性炭装置的滤柱吸附进水口7进行吸附处理，处理后的水由滤柱出水口6排出；
二、当滤柱4运行48h，停止通入待处理水；
三、滤柱出水口6连接尾气处理装置，启动臭氧发生器3，控制臭氧发生器的功率为1kW，向滤柱4通入臭氧微纳气泡，控制滤柱4中臭氧浓度为5mg/L，对滤柱4内活性炭进行再生处理2h；
四、步骤三再生处理后，向滤柱4再次通入待处理水进行吸附处理，该装置间歇往复运行。
步骤一所述一种臭氧间歇再生活性炭装置，包括氧气源1、气体干燥装置2、臭氧发生器3和滤柱4，所述滤柱4内部设有活性炭，氧气源1出气口与气体干燥装置2进气口连通，气体干燥装置2出气口与臭氧发生器3进气口连通，臭氧发生器3出气口与滤柱底部进气口8连通，滤柱下部设置吸附进水口7，在滤柱顶部设置进料口5，滤柱上部设置出水口6。
所述氧气源依次由空压机、冻干机和PSA制氧机进行氧气制备，储存在氧气储罐中。
该装置在滤柱4底部设置微孔曝气盘，滤柱4下半区域设置玻璃视窗。
所述待处理水是初始浓度为30μg/L的阿特拉津溶液。
经检测，再生活性炭的吸附容量可达初始活性炭的85％左右。
实施例二：
本实施例一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，该方法具体按以下步骤进行：
一、将待处理水通入一种臭氧间歇再生活性炭装置的滤柱吸附进水口7进行吸附处理，处理后的水由滤柱出水口6排出；
二、当滤柱4运行48h，停止通入待处理水；
三、启动臭氧发生器3，控制臭氧发生器的功率为1kW，向滤柱4通入臭氧微纳气泡水，控制臭氧微纳气泡水中臭氧浓度为5mg/L，对滤柱4内活性炭进行再生处理2h；
四、步骤三再生处理后，向滤柱4再次通入待处理水进行吸附处理，该装置间歇往复运行。
步骤一所述一种臭氧间歇再生活性炭装置，包括氧气源1、气体干燥装置2、臭氧发生器3、滤柱4、微纳气泡发生装置9、冷凝柱10和冷凝装置11，所述滤柱4内部设有活性炭，氧气源1出气口与气体干燥装置2进气口连通，气体干燥装置2出气口与臭氧发生器3进气口连通，臭氧发生器3出气口与微纳气泡发生装置进气口12连通，微纳气泡发生装置进水口13与冷凝柱出水口15连通，微纳气泡发生装置出水口14与冷凝柱进水口16连通，冷凝装置11通过冷凝管18与冷凝柱10内部连接，冷凝柱气泡水出水口17与滤柱底部进气口8连通，滤柱下部设置吸附进水口7，在滤柱顶部设置进料口5，滤柱上部设置出水口6。
所述氧气源1依次由空压机、冻干机和PSA制氧机进行氧气制备，储存在氧气储罐中。
所述滤柱4下半区域设置玻璃视窗。
所述待处理水是初始浓度为30μg/L的阿特拉津溶液。
经检测，再生活性炭的吸附容量可达初始活性炭的89％左右。
实施例三：
本实施例一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，该方法具体按以下步骤进行：
一、将待处理水通入一种臭氧间歇再生活性炭装置的滤柱吸附进水口7进行吸附处理，处理后的水由滤柱出水口6排出；
二、当滤柱4运行48h，停止通入待处理水；
三、滤柱出水口6连通冷凝柱循环进水口19，启动臭氧发生器3，控制臭氧发生器的功率为1kW，向滤柱4通入臭氧微纳气泡水，控制臭氧微纳气泡水中臭氧浓度为5mg/L，对滤柱4内活性炭进行再生处理2h；
四、步骤三再生处理后，向滤柱4再次通入待处理水进行吸附处理，该装置间歇往复运行。
步骤一所述一种臭氧间歇再生活性炭装置，包括氧气源1、气体干燥装置2、臭氧发生器3、滤柱4、微纳气泡发生装置9、冷凝柱10和冷凝装置11，所述滤柱4内部设有活性炭，氧气源1出气口与气体干燥装置2进气口连通，气体干燥装置2出气口与臭氧发生器3进气口连通，臭氧发生器3出气口与微纳气泡发生装置进气口12连通，微纳气泡发生装置进水口13与冷凝柱出水口15连通，微纳气泡发生装置出水口14与冷凝柱进水口16连通，冷凝装置11通过冷凝管18与冷凝柱10内部连接，冷凝柱气泡水出水口17与滤柱底部进气口8连通，滤柱下部设置吸附进水口7，在滤柱顶部设置进料口5，滤柱上部设置出水口6；冷凝柱10上部设置循环进水口19，且循环进水口19与滤柱出水口6连通。
所述氧气源1依次由空压机、冻干机和PSA制氧机进行氧气制备，储存在氧气储罐中。
所述滤柱4下半区域设置玻璃视窗。
所述待处理水是初始浓度为30μg/L的阿特拉津溶液。
经检测，再生活性炭的吸附容量可达初始活性炭的85％左右。

Claims (10)

1.一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、将待处理水通入一种臭氧间歇再生活性炭装置的滤柱吸附进水口(7)进行吸附处理，处理后的水由滤柱出水口(6)排出；
二、当滤柱(4)运行12h～30d，停止通入待处理水；
三、启动臭氧发生器(3)，向滤柱(4)通入臭氧微纳气泡或臭氧微纳气泡水，对滤柱(4)内活性炭进行再生处理；
四、步骤三再生处理后，向滤柱(4)再次通入待处理水进行吸附处理，该装置间歇往复运行。
2.根据权利要求1所述一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，其特征在于步骤一所述一种臭氧间歇再生活性炭装置包括氧气源(1)、气体干燥装置(2)、臭氧发生器(3)和滤柱(4)，所述滤柱(4)内部设有活性炭，滤柱(4)下半区域设置玻璃视窗，氧气源(1)出气口与气体干燥装置(2)进气口连通，气体干燥装置(2)出气口与臭氧发生器(3)进气口连通，臭氧发生器(3)出气口与滤柱底部进气口(8)连通，滤柱下部设置吸附进水口(7)，在滤柱顶部设置进料口(5)，滤柱上部设置出水口(6)。
3.根据权利要求2所述一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，其特征在于在滤柱(4)底部设置微孔曝气盘；若微孔曝气盘和滤柱为金属材质，则采用法兰连接或者焊接，若微孔曝气盘与滤柱为玻璃材质，则采用烧结制成。
4.根据权利要求1所述一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，其特征在于步骤一所述一种臭氧间歇再生活性炭装置包括氧气源(1)、气体干燥装置(2)、臭氧发生器(3)、滤柱(4)、微纳气泡发生装置(9)、冷凝柱(10)和冷凝装置(11)，所述滤柱(4)内部设有活性炭，滤柱(4)下半区域设置玻璃视窗，氧气源(1)出气口与气体干燥装置(2)进气口连通，气体干燥装置(2)出气口与臭氧发生器(3)进气口连通，臭氧发生器(3)出气口与微纳气泡发生装置进气口(12)连通，微纳气泡发生装置进水口(13)与冷凝柱出水口(15)连通，微纳气泡发生装置出水口(14)与冷凝柱进水口(16)连通，冷凝装置(11)通过冷凝管(18)与冷凝柱(10)内部连接，冷凝柱气泡水出水口(17)与滤柱底部进气口(8)连通，滤柱下部设置吸附进水口(7)，在滤柱顶部设置进料口(5)，滤柱上部设置出水口(6)。
5.根据权利要求4所述的一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，其特征在于该装置所述冷凝柱(10)上部设置循环进水口(19)，且循环进水口(19)与滤柱出水口(6)连通。
6.根据权利要求2或4所述的一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，其特征在于所述氧气源由氧气瓶直接供应或依次由空压机、冻干机和PSA制氧机进行氧气制备，储存在氧气储罐中。
7.根据权利要求1所述的一种臭氧间歇再生活性炭装置的应用方法，其特征在于步骤三臭氧发生器(3)的功率为0.3～10kW。
8.根据权利要求1所述的一种利用臭氧间歇再生活性炭的装置的应用方法，其特征在于步骤三向滤柱(4)通入臭氧微纳气泡，控制滤柱(4)内臭氧浓度为0.5～11mg/L。
9.根据权利要求1所述的一种利用臭氧间歇再生活性炭的装置的应用方法，其特征在于步骤三臭氧微纳气泡水中臭氧浓度为0.5～11mg/L。
10.根据权利要求1所述的一种利用臭氧间歇再生活性炭的装置的应用方法，其特征在于步骤三所述滤柱(4)内活性炭再生处理的时间为30min～6h。
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