CN114940552A - 一种逆流曝气内循环耦合沉淀分离臭氧氧化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型逆流曝气内循环耦合沉淀分离臭氧氧化反应器；所述反应器的底部侧面设有原水进水口，顶部正上方设有尾气收集装置，顶部外侧设有沉淀分离及溢流出水口；所述反应器从左至右依次可分为下降区、上升区和分离区三个主要部分，下降区顶部设置臭氧纳米曝气器，上升区底部设置有空气或氮气曝气装置，分离区若有必要时可设置斜板或斜管装置强化分离效果，反应器内部可投加固相颗粒态催化剂；本发明提供的反应器，臭氧可在上升区和下降区中反复多次循环，混合与传质性能效果好，且保证了臭氧足够的溶解和氧化反应时间，提高了臭氧利用率，另外，分离区实现了颗粒催化剂的在线分离和自动回流反应区，简化了分离、回流过程，提高了催化剂的利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及微污染原水或污水处理技术领域，尤其涉及污染水中低浓度可臭氧氧化降解污染物的处理。
背景技术
近年来，伴随着工农业生产的快速发展，工业企业排放生产废水和农业面源污染引起的地表水微污染及难降解有机污染物的处理问题，一直是水处理领域的重点和难点，在生态环境保护和居民健康要求不断提高的形势下，各种高级氧化废水处理工艺和技术层出不穷。
臭氧氧化技术具有氧化性强、无选择性、无有毒有害中间产物等优点，获得了广泛应用，但是臭氧氧化目前还存在臭氧利用率不高、易自行分解、反应催化剂易于流失或分离较困难等问题。
发明内容
（一）要解决的技术问题
为了克服现有技术的不足，现提出一种逆流曝气内循环耦合沉淀分离臭氧氧化反应器， 以解决现有技术在使用时，对于臭氧在反应器中停留时间短、易于从反应器液面自由溢出、利用效率较低的问题，对于采用机械搅拌混合能耗较高，对于臭氧易于自行无效分解，对于催化剂分离需单独设置沉淀区和回流装置导致系统复杂的问题。
（二）技术方案
本发明的目的是以下述技术方案实现的：
通过下降区设置逆流纳米臭氧曝气设备，被释放微纳米气泡被下降液流卷带向下运动进而通过底部连通区进入上升区，在所述反应器内部不断参与循环，以充分延长臭氧在反应器中停留时间，有效降低鼓泡塔式反应器气泡停留时间短而由气液界面自由溢出的问题。
通过上升区底部设置空气或氮气曝气装置，调节曝气强度可实现反应器覆盖气升式反应器多种流型及实现不同混合与传质效率的要求，空气曝气时氧气的溶解进入液相，提高了液相氧气浓度，可在一定程度抑制臭氧自发分解反应，进一步提高臭氧的利用效率。
通过分离区与上升区的组合设计，分离区设置斜板或斜管可在有限面积内提高沉淀效率，实现颗粒催化剂的强化沉淀分离截留，避免催化剂随出水流出，被截留催化剂颗粒沿斜管或斜管下滑后并经分离区与上升区连接通道自动滑落回流至上升区，在上升流的带动下继续参与上升区与下降区之间的循环流动与催化反应过程。
（三）有益效果
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1）为解决现有技术在使用时，通入反应器的臭氧在反应器内的停留时间较短，不能充分参与氧化反应、被利用而直接排除反应器，通过在下降区引入臭氧曝气，利用逆流过程及内循环导流作用让臭氧微纳米气泡在反应器中不断循环，提高臭氧利用率。
2）为解决现有技术在使用时，臭氧易于自发无效分解，通过上升区空气曝气提高反应器整体液相溶解氧气浓度，提高反应产物浓度来抑制臭氧自发分解过程，进一步提高臭氧有效利用水平，上升区曝气可实现流量和气体种类调节与变换，使反应器能在覆盖多种多相流流型的状态下运行，实现不同混合与传质性能要求。
3）为解决现有技术在使用时，需单独设置催化剂分离、回收、回流装置，系统复杂而成本高，通过上升区与沉淀区组合设计，方便实现催化剂颗粒分离与自动滑落回流过程，简化了系统且全过程自动完成，无需人为干预。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
附图为本发明一种逆流纳米曝气内循环耦合沉淀分离的臭氧催化氧化反应器结构示意图；101为反应器入流待处理原水流，102为入流压缩空气或氮气等上升区鼓泡气流，103为下降区通入的臭氧入流气流，104为反应器顶部收集、排放的混合残余尾气气流，105为反应器溢流槽收集的淹没出流的出水液流，106为从纳米臭氧曝气设备表面释放的臭氧微纳米气泡，107为从上升区底部空气或氮气曝气装置释放的鼓泡气流，108为沉淀区设置的斜板或斜管装置，109为原水进水泵，110为空气或氮气等压缩气体输入设备，111为臭氧发生器或臭氧压缩钢瓶，112为含臭氧尾气的破坏处理装置。
具体实施方式
本发明的目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图所示，本发明提供的一种逆流纳米曝气内循环耦合沉淀分离的臭氧催化氧化反应器，在其底部设有原水进水口101和上升区空气或氮气进气口102；在下降区顶部设置臭氧纳米曝气器103；在整个反应器顶部设置尾气收集装置104，在分离区顶部设置有溢流堰及溢流槽，在分离区中间可根据分离需求填充斜板或斜管分离装置108，在反应器上升区和下降区中投加固体颗粒催化剂。
空气或氮气曝气器设置在上升区底部，用于在上升区底部释放气体，形成混合物上升流，为反应器提供主要动力来源；在下降区顶部释放臭氧微纳米气泡，气泡释放后立即被下降区下降液流牵引向下运动，到达下降区底部后经上升区与下降区连接通道进入上升区，在上升区混合流的带动下向上运动，一直向上运动到上升区顶部，然后改变方向再次进入下降区，从而形成上升区与下降区之间的连续循环流动。
反应器上升区侧面连接分离区，与进水体积流量相同体积流量的混合液通过连接分离区的通道进入分离区，并向上运动流经斜板或斜管区，颗粒物被沉淀截留，而液相继续向上运动经溢流堰及溢流口流出反应器形成出流105，截留颗粒催化剂则向下沿斜板或斜管滑落，最后经分离区连接通道再次返回上升区参与循环流动与催化过程。
本发明所提供的反应器，逆流臭氧曝气的方式，可以有效让臭氧在反应器中尽可能多的参与流动循环过程，充分延长臭氧在反应器中的停留时间，提高臭氧利用率，上升区空气曝气可抑制臭氧的无效分解，进一步提高臭氧利用效率，而分离区自动截留、分离、回流过程使系统大大简化及过程自动化。
优选的，反应器外部连接臭氧发生器或臭氧压缩钢瓶，臭氧气泡直径为1~100um，反应器上升区利用普通曝气盘或曝气管进行空气或氮气曝气，气泡直径为1~3mm，上升区曝气表观气速为0.05~0.3m/s，下降区臭氧曝气表观气速为上升区的10%~60%，投加催化剂颗粒直径为0.1~5mm。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种逆流曝气内循环耦合沉淀分离臭氧氧化反应器，其特征在于：
所述反应器的底部侧面设有原水进水口，顶部正上方设有尾气收集装置，顶部外侧设有沉淀分离及溢流出水口；所述反应器从左至右依次可分为下降区、上升区和分离区三个主要部分，下降区顶部设置臭氧纳米曝气器，上升区底部设置有空气或氮气曝气装置，分离区若有必要时可设置斜板或斜管装置强化分离效果，反应器内部可投加固相颗粒态催化剂。
2.如权利要求1所述的逆流曝气内循环耦合沉淀分离的臭氧氧化反应器，其特征在于：
所述反应器的原水进入反应器下降区后，在下降区气液混合流的推动下向下运动并经底部连接通道进入上升区，从而形成上升区与下降区之间周而复始的循环流动，少量气-液-固混合物经沉淀区入口进入沉淀区完成脱气和液固分离，固体回流至上升区继续参与催化反应，液体经溢流堰出流至出水口。
3.如权利要求1所述的逆流曝气内循环耦合沉淀分离的臭氧氧化反应器，其特征在于：
所述反应器下降区利用纳米曝气器进行臭氧曝气，臭氧气泡直径为1~100um，反应器上升区利用普通曝气盘或曝气管进行空气或氮气曝气，气泡直径为1~3mm，上升区曝气表观气速为0.05~0.3m/s，下降区曝气表观气速为上升区的10%~60%，投加催化剂颗粒直径为0.1~5mm。
4.如权利要求1所述的逆流曝气内循环耦合沉淀分离的臭氧氧化反应器，其特征在于：
所述反应器分离区能在线完成固相颗粒催化剂的固液分离过程，并自动将催化剂滑落至上升区，在上升区混合物的带动下催化剂再次参与循环与催化反应过程。
5.如权利要求1所述的逆流曝气内循环耦合沉淀分离的臭氧氧化反应器，其特征在于：
所述反应器顶部设尾气收集装置，所收集尾气连接至臭氧破坏装置，经臭氧分解后安全排放。
6.如权利要求2所述的逆流曝气内循环耦合沉淀分离的臭氧氧化反应器，其特征在于：
所述反应器的分离区可根据颗粒沉降性能和分离要求等因素，有必要时可填充斜板或斜管分离装置，提高分离效果。
7.如权利要求3所述的逆流曝气内循环耦合沉淀分离的臭氧氧化反应器，其特征在于：
所述反应器的外部设有臭氧发生器，所述臭氧发生器与所述纳米曝气器连接，用于向所述纳米曝气器输送臭氧。
8.如权利要求3所述的逆流曝气内循环耦合沉淀分离的臭氧氧化反应器，其特征在于：
所述反应器的外部设有空气压缩机或配减压阀的高压氮气瓶，所述空气压缩机或配减压阀的高压氮气瓶与所述反应器上升区底部曝气装置连接，用于向所述反应器上升区底部曝气装置输送空气或氮气。
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