CN115353188B - 一种催化臭氧氧化旋流净化装置 - Google Patents

一种催化臭氧氧化旋流净化装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及废水处理技术领域，尤其是一种催化臭氧氧化旋流净化装置，包括筒体、导流卷、混料管、臭氧发生器、喷淋装置、抽风机以及贮水箱，其利用将待处理的废水经喷淋装置喷淋到混料管内，并与臭氧发生器提供的臭氧气体进行混合形成臭氧气液混合物，在抽风机的作用下，流道内产生负压，故而混料管内的臭氧气液混合物会从入口进入到流道，并沿着阿基米德螺旋线形状的流道进行运动，从而具有较大的动能，在旋转运动中由于离心力的作用，确保臭氧气体和废水能迅速和导流卷上的催化剂层充分接触，提高废水处理效率，减少臭氧自分解的量，同时也在有限的空间内增加了反应路径，使臭氧能够被充分利用。

Description

一种催化臭氧氧化旋流净化装置
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其是一种催化臭氧氧化旋流净化装置。
背景技术
催化臭氧技术是基于臭氧的高级氧化技术，它将臭氧的强氧化性和催化剂的吸附、催化特性结合起来，能较为有效地解决有机物降解不完全的问题。催化臭氧化按催化剂的相态分为均相催化臭氧化和多相催化臭氧化，在均相催化臭氧化技术中，催化剂分布均匀且催化活性高。但是，它的缺点也很明显，催化剂混溶于水，导致其易流失、不易回收并产生二次污染，运行费用较高，增加了水处理成本。多相催化臭氧化法利用固体催化剂在常压下加速液相(或气相)的氧化反应，催化剂以固态存在，易于与水分离，二次污染少，简化了处理流程，因而越来越引起人们的广泛重视。
在多相催化当中，气固液之间的传质过程是决定反应速度的重要因素，一般采用微纳曝气的方法减小气泡直径来增加气液接触面积，但是气泡在上升的过程中，小气泡慢慢会合并成大气泡，而使臭氧的利用率降低。常见的气泡运动一般都是自由上浮运动，在上浮的过程中和催化剂填料接触，一般是大气泡上升速度快，气泡和催化剂颗粒之间有撞击作用，但大气泡和催化剂颗粒接触面积小导致臭氧利用率低；小气泡上升速度慢，可以和催化剂颗粒之间长时间接触，但气泡不具有较大的动能，在水中遇到催化剂颗粒阻挡后，不能快速的向上扩散，导致不能比较均匀得和催化剂颗粒接触。臭氧在水体中有自分解作用，由于长时间不能均匀的快速的和催化剂颗粒接触，导致臭氧自分解的量增加，而白白浪费臭氧。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中如臭氧以大气泡的形式和催化剂接触，则会导致臭氧利用率低；如以小气泡的形式与催化剂接触，由于小气泡上升速度慢，故而不具有较大的动能，在水中遇到催化剂阻挡后，不能快速的向上扩散，导致不能比较均匀的快速的和催化剂颗粒接触的问题，现提供一种催化臭氧氧化旋流净化装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种催化臭氧氧化旋流净化装置，包括：
筒体；
导流卷，呈阿基米德螺旋线形，所述导流卷的上端和下端均与筒体内壁固定连接，使得筒体的内壁与导流卷的内部之间形成阿基米德螺旋线形的密封的流道，所述流道的内壁具有用于催化臭氧促进有机废水中的有机物发生降解的催化剂层；
混料管，固定在筒体的外周壁的上端，并与流道外端的入口连通，流道内端的出口和筒体顶端端部的排气口连通；
臭氧发生器，用于向混料管内送入臭氧气体；
喷淋装置，具有喷嘴及输送泵，所述喷嘴安装在混料管内，所述输送泵用于将有机废水泵入喷嘴，并经喷嘴喷入到混料管内；
抽风机，所述抽风机的吸风口和排气口连通，用以使流道的出口处的气体向抽风机的吸风口流动；
以及贮水箱，位于筒体的下方，用于承接筒体内部下端流下的液体，所述筒体的下端端部和贮水箱密封固定连接，且筒体内部和贮水箱内部连通。
进一步地，所述流道的内壁上设置有若干载体，所述载体上具有用于催化臭氧使有机废水中的有机物发生降解的催化剂层。
进一步地，所述载体呈圆柱螺旋线形。
进一步地，所述载体的材质为铁，所述催化剂层为α-Fe(1-x)CrxOOH活性层。
进一步地，所述催化剂层的材质为铁氧化物、二氧化锰、氧化铈或氧化铜。
进一步地，所述喷淋装置还包括第一进液管、第二进液管、出液管及第一阀门；
所述第一进液管的一端和输送泵的进水口连通，另一端用于连通有机废水源；
所述第二进液管的一端和输送泵的进水口连通，另一端与贮水箱连通，所述第一阀门设置在第二进液管上；
所述出液管的一端和输送泵的出口连通，另一端和喷嘴连通。
进一步地，所述出液管上设置有第二阀门。
进一步地，所述混料管远离筒体的一端端部设置有第三阀门。
进一步地，所述混料管沿筒体外壁的切线方向设置，且混料管的一端低另一端高，所述混料管的低端与筒体连接。
进一步地，所述筒体包括位于上方的等径段及位于下方的锥形段；
所述等径段和锥形段的大端连接，所述导流卷同轴设置在等径段内，且导流卷的下端均延伸至与锥形段的内壁连接。
进一步地，所述导流卷的下端开设有若干通孔。
本发明的有益效果是：本发明利用将待处理的废水经喷淋装置喷淋到混料管内，并与臭氧发生器提供的臭氧气体进行混合形成臭氧气液混合物，在抽风机的作用下，流道内产生负压，故而混料管内的臭氧气液混合物会从入口进入到流道，并沿着阿基米德螺旋线形状的流道进行运动，从而具有较大的动能，在旋转运动中由于离心力的作用，确保臭氧气体和废水能迅速和导流卷上的催化剂层充分接触，提高废水处理效率，减少臭氧自分解的量，同时也在有限的空间内增加了反应路径，使臭氧能够被充分利用。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明催化臭氧氧化旋流净化装置的示意图；
图2是图1中A放大示意图；
图3是筒体及其内的导流卷的横截面示意图。
图中：1、筒体，101、等径段，102、锥形段；
2、导流卷，201、流道，201a、入口，201b、出口，202、通孔；
3、载体，4、混料管，5、臭氧发生器，6、喷嘴，7、输送泵，8、抽风机， 9、贮水箱，10、第一进液管，11、第二进液管,12、出液管，13、第一阀门， 14、第二阀门，15、第三阀门，16、臭氧输送管。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
如图1-3所示，一种催化臭氧氧化旋流净化装置，包括筒体1、导流卷2、混料管4、臭氧发生器5、喷淋装置、抽风机8以及贮水箱9：
导流卷2呈阿基米德螺旋线形，导流卷2的上端和下端均与筒体1内壁固定连接，使得筒体1的内壁与导流卷2的内部之间形成阿基米德螺旋线形的密封的流道201，流道201的内壁具有用于催化臭氧促进有机废水中的有机物发生降解的催化剂层，流道201的内壁还可设置有若干载体3，载体3上具有用于催化臭氧促进有机废水中的有机物发生降解的催化剂层，通过催化臭氧分解为自由基，促进有机物发生降解反应，降解具体可为使有机无发生氧化反应，载体3 具体可设置在导流卷2朝向其轴心的一面上；例如，载体3的上端通过螺钉、焊接等方式固定在导流卷2上，载体3的下端悬空或固定；
其中，如单独在导流卷2上设置催化剂层，可以降低气流阻力，增加气流旋转速度，使水和气能在离心力的作用下充分主动的和导流卷2内壁上的催化剂层摩擦接触；如导流卷2还设置载体1，载体1上也设置催化剂层则可大幅度提高接触面积，载体1上的液滴也易于汇聚滴落。
混料管4固定在筒体1的外周壁的上端，并与流道201外端的入口201a连通，流道201内端的出口201b和筒体1顶端端部的排气口连通；
臭氧发生器5用于向混料管4内送入臭氧气体；例如，臭氧发生器5的输出端连接有臭氧输送管16，臭氧输送管16密封连接在混料管4上，且臭氧输送管16的管口位于混料管4内，使得臭氧发生器5输出端产生的臭氧气体会通过臭氧输送管16到达混料管4内；
喷淋装置具有喷嘴6及输送泵7，喷嘴6安装在混料管4内，输送泵7用于将有机废水泵入喷嘴6，并经喷嘴6喷入到混料管4内；
抽风机8的吸风口和筒体1顶端端部的排气口连通，用以使流道201的出口201b处的气体向抽风机8的吸风口流动，排气口具体可安装丝网除沫器和防水通气膜，防水通气膜位于丝网除沫器的上方，防水通气膜位于丝网除沫器的上方，这样气流经过排气口时，会依次经过丝网除沫器和防水通气膜，而后再到达抽风机8的吸风口，从而可避免或减少液体进入到抽风机8的吸风口；
贮水箱9位于筒体1的下方，用于承接筒体1内部下端流下的液体，筒体1 的下端端部和贮水箱9密封固定连接，且筒体1内部和贮水箱9内部连通。
该催化臭氧氧化旋流净化装置利用将待处理的废水经喷淋装置喷淋到混料管4内，并与臭氧发生器5提供的臭氧气体进行混合形成臭氧气液混合物，在抽风机8的作用下，流道201内产生负压，故而混料管4内的臭氧气液混合物会从入口201a进入到流道201，并沿着阿基米德螺旋线形状的流道201进行运动，从而具有较大的动能，在旋转运动中由于离心力的作用，确保臭氧气体和废水能迅速和导流卷2及载体3上的催化剂层充分接触，提高废水处理效率，减少臭氧自分解的量，同时也在有限的空间内增加了反应路径，使臭氧能够被充分利用。
在一些实施例中，载体3呈圆柱螺旋线形，使气流沿流道201流动时，能够在圆柱螺旋线状的载体3引导下，于各处载体3处产生局部涡流，强化臭氧气液混合物与载体3上催化剂层的碰撞效果，从而提高处理效果；同时还可以提高载体3的表面面积，增加臭氧气液混合物和载体3的接触率。
在一些实施例中，载体3的材质为铁，催化剂层为α-Fe(1-x)CrxOOH活性层；载体3可为但不限定于采用钢丝球或车床车削产生的刨花卷等，以载体3为刨花卷为例，α-Fe(1-x)CrxOOH活活性层可采用申请号为201910958578.0所公开的一种铁屑表面改性剂及制备α-Fe(1-x)CrxOOH活性层的方法进行改性，在载体3的表面覆盖一层α-Fe(1-x)CrxOOH活性层。
在一些实施例中，催化剂层的材质为铁氧化物、二氧化锰、氧化铈或氧化铜。
在一些实施例中，喷淋装置还包括第一进液管10、第二进液管11、出液管 12及第一阀门13；
第一进液管10的一端和输送泵7的进水口连通，另一端用于连通有机废水源，有机废水源可以为容纳有机废水的水池、容纳有机废水的水罐等；
第二进液管11的一端和输送泵7的进水口连通，另一端与贮水箱9连通，第一阀门13设置在第二进液管11上；第一阀门13常态是关闭的，如果所处理废水比较难降解或者浓度较高，则可以打开第一阀门13，将贮水箱9中的水重新通过输送泵7打入混料管4，进行循环处理；如贮水箱9中的水不需要循环处理时关闭第一阀门13即可；
出液管12的一端和输送泵7的出口201b连通，另一端和喷嘴6连通。
在一些实施例中，出液管12上设置有第二阀门14，第二阀门14打开时，通过输送泵7可以对有机废水进行处理；如处理有机废气，可关闭第二阀门14，将有机废气通入混料管4即可，也可打开第二阀门14，实现同时处理有机废气和有机废水。
在一些实施例中，混料管4远离筒体1的一端端部设置有第三阀门15，有机废气源可通过管道与第三阀门15连接，第三阀门15打开时，有机废气进入到混料管4内；此外，第三阀门15的输入口201a亦可与外界连通，通过调节第三阀门15的开度，可调节外界空气进入混料管4的流量。
在一些实施例中，混料管4沿筒体1外壁的切线方向设置，有利于臭氧气液混合物沿流道201螺旋运动，同时，混料管4的轴线倾斜设置，表现为一端低另一端高，混料管4的低端与筒体1连接，混料管4的高端连接第三阀门15，这样喷淋进入混料管4内的液体就会在重力作用下向流道201内流动，且确保混料管4内的液体不会流入到外界。
在一些实施例中，筒体1包括位于上方的横截面为圆形的等径段101及位于下方的横截面为圆形的锥形段102；
等径段101和锥形段102的大端连接，导流卷2同轴设置在等径段101内，且导流卷2的下端均延伸至与锥形段102的内壁连接；利用锥形段102的设计，有利于筒体1内的液滴汇聚成水流，流入下方的贮水箱9。
在一些实施例中，导流卷2的下端开设有若干通孔202；有利于流道201中的水流快速向下流动。
上述实施例中的催化臭氧氧化旋流净化装置的工作过程为：
操作时，启动抽风机8、输送泵7及臭氧发生器5，打开第二阀门14，打开或关闭第三阀门15，并可调节第三阀门15的开度；
输送泵7将待处理的废水经喷头喷淋到混料管4内，并与臭氧发生器5提供的臭氧气体进行混合形成臭氧气液混合物，在抽风机8的作用下，流道201 内产生负压，故而混料管4内的臭氧气液混合物会从入口201a进入到流道201，并沿着阿基米德螺旋线形状的流道201进行运动，从而具有较大的动能，在旋转运动中由于离心力的作用，臭氧气液混合物中的废水被甩到导流卷2及载体3 上形成水滴，臭氧气液混合物中的臭氧气体也在离心力的作用下和导流卷2的催化剂层以及载体3上的催化剂层充分接触产生羟基自由基，对水中的有机污染物进行分解，分解后的水顺着载体3往下流，最终从流道201的出口201b因重力向下流入贮水箱9，气体则由抽风机8向外界排出。
通过上述说明可知晓，上述实施例中的催化臭氧氧化旋流净化装置至少具有以下几种优点：
1)、装置结构简单，没有复杂的构造；
2)、臭氧气体和废水之间的气液接触比较均匀，液体经过喷雾后成为小液滴和气体可以充分接触；
3)、臭氧气体具有一定的动能，在旋转运动中由于离心力的作用，能迅速和催化剂层充分接触，减少臭氧自分解的量，提高处理效率；
4)、催化剂和气液直接的接触面积大大增加，且增加了反应路径，使臭氧能够被充分利用；
5)、同时可以处理有机物废气，对其中的有机物也可以同时降解。
上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种催化臭氧氧化旋流净化装置，其特征在于：包括：
筒体（1）；
导流卷（2），呈阿基米德螺旋线形，所述导流卷（2）的上端和下端均与筒体（1）内壁固定连接，使得筒体（1）的内壁与导流卷（2）的内部之间形成阿基米德螺旋线形的密封的流道（201），所述流道（201）的内壁上具有用于催化臭氧使有机废水中的有机物发生降解的催化剂层；
混料管（4），固定在筒体（1）的外周壁的上端，并与流道（201）外端的入口（201a）连通，流道（201）内端的出口（201b）和筒体（1）顶端端部的排气口连通；
臭氧发生器（5），用于向混料管（4）内送入臭氧气体；
喷淋装置，具有喷嘴（6）及输送泵（7），所述喷嘴（6）安装在混料管（4）内，所述输送泵（7）用于将有机废水泵入喷嘴（6），并经喷嘴（6）喷入到混料管（4）内；
抽风机（8），所述抽风机（8）的吸风口和排气口连通，用以使流道（201）的出口（201b）处的气体向抽风机（8）的吸风口流动；
以及贮水箱（9），位于筒体（1）的下方，用于承接筒体（1）内部下端流下的液体，所述筒体（1）的下端端部和贮水箱（9）密封固定连接，且筒体（1）内部和贮水箱（9）内部连通；
所述流道（201）的内壁上设置有若干载体（3），所述载体（3）上具有用于催化臭氧使有机废水中的有机物发生降解的催化剂层；
所述载体（3）呈圆柱螺旋线形。
2.根据权利要求1所述的催化臭氧氧化旋流净化装置，其特征在于：所述催化剂层为α-Fe(1-x)CrxOOH活性层。
3.根据权利要求1所述的催化臭氧氧化旋流净化装置，其特征在于：所述催化剂层的材质为铁氧化物、二氧化锰、氧化铈或氧化铜。
4.根据权利要求1所述的催化臭氧氧化旋流净化装置，其特征在于：所述喷淋装置还包括第一进液管（10）、第二进液管（11）、出液管（12）及第一阀门（13）；
所述第一进液管（10）的一端和输送泵（7）的进水口连通，另一端用于连通有机废水源；
所述第二进液管（11）的一端和输送泵（7）的进水口连通，另一端与贮水箱（9）连通，所述第一阀门（13）设置在第二进液管（11）上；
所述出液管（12）的一端和输送泵（7）的出口（201b）连通，另一端和喷嘴（6）连通。
5.根据权利要求4所述的催化臭氧氧化旋流净化装置，其特征在于：所述出液管（12）上设置有第二阀门（14）。
6.根据权利要求1所述的催化臭氧氧化旋流净化装置，其特征在于：所述混料管（4）远离筒体（1）的一端端部设置有第三阀门（15）。
7.根据权利要求1所述的催化臭氧氧化旋流净化装置，其特征在于：所述混料管（4）沿筒体（1）外壁的切线方向设置，且混料管（4）的一端低另一端高，所述混料管（4）的低端与筒体（1）连接。
8.根据权利要求1所述的催化臭氧氧化旋流净化装置，其特征在于：所述筒体（1）包括位于上方的等径段（101）及位于下方的锥形段（102）；
所述等径段（101）和锥形段（102）的大端连接，所述导流卷（2）同轴设置在等径段（101）内，且导流卷（2）的下端均延伸至与锥形段（102）的内壁连接。
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