CN1296291C - 臭氧／过氧化氢高级氧化膜反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用过氧化氢催化臭氧化有机物过程的水处理反应装置。臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，它包括臭氧曝入管1、反应容器2、进水管6和出水管7，它还包括催化剂进管3、膜体5和加压泵4，能被过氧化氢分子渗透过的膜体5把反应容器2内的空间隔开为反应腔2-1和过氧化氢腔2-2，进水管6和出水管7的内侧端部分别与反应腔2-1连通，催化剂进管3的内端部连通过氧化氢腔2-2。由于过氧化氢分子是通过膜体5中均匀分布的细小微孔渗透进反应腔中的，减少了羟基自由基之间的淬灭及与过氧化氢反应的数量。由于羟基自由基在水中分散地十分均匀，可以有效地提高有机物的去除率，同时也降低了过氧化氢的残余量，减少了后续处理的压力。
Description
技术领域：
本发明涉及一种用过氧化氢催化臭氧化有机物过程的水处理反应装置。
背景技术：
近年来，随着工农业的迅猛发展和人类物质生活水平的不断提高，水环境污染已是普遍存在的问题。大量农药、化工产品等有毒有害的有机物排入水体，造成了水体的严重污染，通常这些物质具有较高的生物稳定性及化学稳定性，在常规的水处理工艺中是很难被去除的。同时由于水体中有机物浓度的不断提高，使得消毒过程中的耗氯量及消毒副产物量大量增加。排入水体中的有害有机物及在消毒过程中产生的消毒副产物严重的危害了人们的身体健康。所以，如何提高水中有机物的去除效率将成为有效的提高水质的关键。臭氧作为一种强氧化剂，已经在饮用水和废水净化上得到了广泛的应用，但是它对有机物的氧化具有一定的选择性，一般只氧化水中容易氧化的有机物。催化臭氧化技术是近年发展起来的一种新的水处理技术，它属于高级氧化的一种，臭氧在催化剂的作用下产生具有强氧化性的羟基自由基(OH·)，与单独臭氧化相比，产生的OH·可以无选择性地氧化有机物，且反应高效迅速，所以臭氧催化氧化技术日益得到了人们的关注。过氧化氢催化臭氧化主要利用H2O2在水溶液中会部分离解产生HO2 -，HO2 -通过一系列的诱发反应促使O3产生羟基自由基。但是如果在局部过氧化氢投加得过多，生成的自由基之间将发生反应，剩余的过氧化氢也可以与自由基发生以下反应： ，以往的单点投加由于过氧化氢投加地较为集中，部分羟基自由基还没有参加氧化有机物的反应就被消耗掉了，反应效率十分低下。
发明内容：
为了提高过氧化氢催化臭氧化过程的效率，减少部分羟基自由基还没有参加氧化有机物的反应就被消耗掉的情况发生，本发明提供了如下的技术方案：臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，它包括臭氧曝入管1、反应容器2、进水管6和出水管7，它还包括催化剂进管3、膜体5和加压泵4，能被过氧化氢分子渗透过的膜体5把反应容器2内的空间隔开为反应腔2-1和过氧化氢腔2-2，进水管6和出水管7的内侧端部分别与反应腔2-1连通，加压泵4设置在催化剂进管3内，催化剂进管3的内端部连通过氧化氢腔2-2。本发明的装置在工作过程中，待处理的水通过进水管6流入反应腔2-1，通过出水管7流出反应腔2-1，臭氧通过臭氧曝入管1曝入反应腔2-1，过氧化氢溶液在催化剂进管3内被加压泵4加压后进入过氧化氢腔2-2，过氧化氢的投加量可以通过孔径、孔数及加压泵4的压力来调节，过氧化氢分子穿过膜体5进入反应腔2-1参与催化氧化水中的有机物。由于过氧化氢分子是通过膜体5中均匀分布的细小微孔渗透进反应腔2-1中的，必然在膜体5的整个表面上微量均匀地进入反应腔2-1与水中的有机物和臭氧接触，因此过氧化氢不会在局部投加过多，降低过氧化氢的残余量，减少了后续处理的压力，也减少了羟基自由基之间的淬灭及与过氧化氢反应的数量。由于羟基自由基在水中分散地十分均匀，可以有效地提高有机物的去除率，特别是难降解有机物的去除率。同时本装置选用的膜材料都具有良好的化学稳定性，它们可以经受住酸、碱、强氧化剂的腐蚀，它们还具有良好的强度，增加了反应器的使用寿命。本发明的装置设计合理、工作可靠，具有较大的推广价值。
附图说明：
图1是本发明实施方式一的结构示意图，图2是具体实施方式二的结构示意图，图3和图4是具体实施方式三的结构示意图，图5是具体实施方式四的结构示意图，图6是具体实施方式五的结构示意图，图7是具体实施方式六的结构示意图，图8是具体实施方式七的结构示意图，图9是具体实施方式八的结构示意图，图10是具体实施方式九的结构示意图，图11是具体实施方式十的结构示意图，图12是具体实施方式十一的结构示意图。
具体实施方式：
具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式由臭氧曝入管1、反应容器2、进水管6、出水管7、催化剂进管3、膜体5和加压泵4组成，能被过氧化氢分子渗透过的膜体5把反应容器2内的空间隔开为反应腔2-1和过氧化氢腔2-2，臭氧曝入管1的内侧端部连通在反应腔2-1内的底部，进水管6和出水管7的内侧端部分别与反应腔2-1连通，加压泵4设置在催化剂进管3内，催化剂进管3的内端部连通过氧化氢腔2-2。臭氧曝入管1的内侧端部上设置有曝气头1-1。进水管6连通在反应腔2-1的底部，出水管7连通在反应腔2-1的上部。膜体5按照材质可以是有机类膜或无机类膜。其中所使用的有机膜有聚偏氟乙烯膜和聚四氟乙烯膜或者是由若干根聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯材料的中空纤维管组成的中空纤维膜组件，无机类膜可以是不锈钢、钛、氧化铝、陶瓷或石英等材料制造的。所使用的膜体5按照形状和结构可以分为管材形状的管式膜、板材形状的板式膜和中空纤维膜组件三种。当需要添加支撑体时可以加入保持其形状的支撑体。
具体实施方式二：下面结合图2具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：反应腔2-1的内壁表面上由上到下固定有若干块挡板2-8，该若干块挡板2-8从上到下交错排布在反应腔2-1的内壁表面上，相邻的挡板2-8分别固定在反应腔2-1的内壁的对立面上。如此设置，使水体曲折向上运动，形成紊流，使臭氧和过氧化氢混合接触得更充分。
具体实施方式三：下面结合图3和图4具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：膜体5使用若干根管式膜或若干组中空纤维组件，所有的管式膜或中空纤维组件水平方向设置在反应容器2内，管式膜或中空纤维组件的一端连通催化剂进管3，管式膜或中空纤维组件的另一端封闭。
具体实施方式四：下面结合图5具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：膜体5由一个管式膜5-1和若干根细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2组成，管式膜5-1把反应容器2的内腔分隔为环空状的过氧化氢腔2-2和圆桶状的反应腔2-1，在反应腔2-1内还设置有若干根细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2，细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2的一个端部封闭，细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2的另一端连通在催化剂进管3上，在进入管上设有阀门及压力表，通过它可以调节过氧化氢的投加量。细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2的另一端注入过氧化氢，增加了过氧化氢与臭氧的接触面积，更有利于充分的催化氧化反应。管式膜5-1还可以改换为板式摸，板式摸把反应容器2的内腔分为过氧化氢腔2-2和反应腔2-1。
具体实施方式五：下面结合图6具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：膜体5由若干根细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2组成，反应腔2-1的内壁表面上从上到下固定有若干块挡板2-8，该若干块挡板2-8从上到下交错排布在反应腔2-1的内壁表面上，相邻的挡板2-8分别固定在反应腔2-1的内壁的对立面上。
具体实施方式六：下面结合图7具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：膜体5由若干根细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2组成，细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2设置在反应容器2内靠近进水管6处，细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2与出水管7之间设置螺旋挡板8，螺旋挡板8固定在反应容器2的内表面上。如此设置使水流产生旋转向前的流动，有利于催化剂与臭氧的充分混合。
具体实施方式七：下面结合图8具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：膜体5由管式膜5-1组成，管式膜5-1把反应容器2的内腔分隔为环空状的过氧化氢腔2-2和圆桶状的反应腔2-1，进水管6与出水管7之间设置螺旋挡板8，螺旋挡板8固定在反应容器2的内表面上。
具体实施方式八：下面结合图9具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：它是适用于大型水厂的反应装置，膜体5由板式膜围成的中空的“墙体”形的五个过氧化氢投加单元组成，过氧化氢投加单元的内腔构成过氧化氢腔2-2，一号过氧化氢投加单元5-5设置在进水管6处把反应容器2的内腔隔断，一号过氧化氢投加单元5-5的下端开有过水通道口5-5-1，二号过氧化氢投加单元5-6和三号过氧化氢投加单元5-7相邻设置并把反应容器2的内腔隔断，三号过氧化氢投加单元5-7的下端开有过水道5-7-1，二号过氧化氢投加单元5-6的上端开有过水路5-6-1，二号过氧化氢投加单元5-6和三号过氧化氢投加单元5-7之间设置有臭氧曝入管1，四号过氧化氢投加单元5-8与五号过氧化氢投加单元5-9相邻设置并把反应容器2的内腔隔断，四号过氧化氢投加单元5-8的上端开有过水通路5-8-1，五号过氧化氢投加单元5-9的下端开有过水通道5-9-1，四号过氧化氢投加单元5-8与五号过氧化氢投加单元5-9之间设置有臭氧曝入管1，挡板20与出水管7相邻，挡板20把反应容器2的内腔隔断，挡板20的上端开有通水开口20-1。
具体实施方式九：下面结合图10具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式八的不同点是：过氧化氢投加单元的外表形状为“波浪”形，每两个过氧化氢投加单元之间都设置臭氧曝入管1。如此设置有利于紊流的形成，其它的组成和连接方式与实施方式八相同。
具体实施方式十：下面结合图11具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：反应容器2内设置若干块挡水板，一号挡水板10、二号挡水板11、三号挡水板12、四号挡水板13、五号挡水板14、六号挡水板15平行设置并分别把反应容器2的内腔隔断开，一号挡水板10与进水管6相邻并且二者之间设置臭氧曝入管1，一号挡水板10的下端开有通水道16，二号挡水板11与三号挡水板12相邻设置，在它们之间形成过水通道并且二者之间设置臭氧曝入管1，二号挡水板11的上端和三号挡水板12的下端都开有通水道16，四号挡水板13与五号挡水板14相邻并且二者之间设置臭氧曝入管1，六号挡水板15与出水管7相邻，六号挡水板15的上端开有通水道16，一号挡水板10与二号挡水板11之间设置有细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2，三号挡水板12与四号挡水板13之间设置有细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2，五号挡水板14与六号挡水板15之间设置有细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2。细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2的个数应根据具体情况而定。其它的组成和连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式十一：下面结合图12具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式八的不同点是：一号过氧化氢投加单元5-5与二号过氧化氢投加单元5-6之间设置有细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2，三号过氧化氢投加单元5-7与四号过氧化氢投加单元5-8之间设置有细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2，五号过氧化氢投加单元5-9与挡板20之间设置有细管状的管式膜5-3或中空纤维组件5-2。其它的组成和连接方式与实施方式八相同。
Claims (10)
1、臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，它包括臭氧曝入管(1)、反应容器(2)、进水管(6)和出水管(7)，其特征在于它还包括催化剂进管(3)、膜体(5)和加压泵(4)，能被过氧化氢分子渗透过的膜体(5)把反应容器(2)内的空间隔开为反应腔(2-1)和过氧化氢腔(2-2)，进水管(6)和出水管(7)的内侧端部分别与反应腔(2-1)连通，加压泵(4)设置在催化剂进管(3)内，催化剂进管(3)的内端部连通过氧化氢腔(2-2)。
2、根据权利要求1所述的臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，其特征在于反应腔(2-1)的内壁表面上由上到下固定有若干块挡板(2-8)，该若干块挡板(2-8)从上到下交错排布在反应腔(2-1)的内壁表面上，相邻的挡板(2-8)分别固定在反应腔(2-1)的内壁的对立面上。
3、根据权利要求1所述的臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，其特征在于：膜体(5)使用若干根管式膜或若干组中空纤维组件，所有的管式膜或中空纤维组件水平方向设置在反应容器(2)内，管式膜或中空纤维组件的一端连通催化剂进管(3)，管式膜或中空纤维组件的另一端封闭。
4、根据权利要求1所述的臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，其特征在于：膜体(5)由一个管式膜(5-1)和若干根细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)组成，管式膜(5-1)把反应容器(2)的内腔分隔为环空状的过氧化氢腔(2-2)和圆桶状的反应腔(2-1)，在反应腔(2-1)内还设置有若干根细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)，细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)的一个端部封闭，细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)的另一端连通在催化剂进管(3)上。
5、根据权利要求1所述的臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，其特征在于：膜体(5)由若干根细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)组成，反应腔(2-1)的内壁表面上从上到下固定有若干块挡板(2-8)，该若干块挡板(2-8)从上到下交错排布在反应腔(2-1)的内壁表面上，相邻的挡板(2-8)分别固定在反应腔(2-1)的内壁的对立面上。
6、根据权利要求1所述的臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，其特征在于：膜体(5)由若干根细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)组成，细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)设置在反应容器(2)内靠近进水管(6)处，细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)与出水管(7)之间设置螺旋挡板(8)，螺旋挡板(8)固定在反应容器(2)的内表面上。
7、根据权利要求1所述的臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，其特征在于：膜体(5)由管式膜(5-1)组成，管式膜(5-1)把反应容器(2)的内腔分隔为环空状的过氧化氢腔(2-2)和圆桶状的反应腔(2-1)，进水管(6)与出水管(7)之间设置螺旋挡板(8)，螺旋挡板(8)固定在反应容器(2)的内表面上。
8、根据权利要求1所述的臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，其特征在于：膜体(5)由板式膜围成的中空的“墙体”形的五个过氧化氢投加单元组成，过氧化氢投加单元的内腔构成过氧化氢腔(2-2)，一号过氧化氢投加单元(5-5)设置在进水管(6)处并把反应容器(2)的内腔隔断，一号过氧化氢投加单元(5-5)的下端开有过水通道口(5-5-1)，二号过氧化氢投加单元(5-6)和三号过氧化氢投加单元(5-7)相邻设置并把反应容器(2)的内腔隔断，三号过氧化氢投加单元(5-7)的下端开有过水道(5-7-1)，二号过氧化氢投加单元(5-6)的上端开有过水路(5-6-1)，二号过氧化氢投加单元(5-6)和三号过氧化氢投加单元(5-7)之间设置有臭氧曝入管(1)，四号过氧化氢投加单元(5-8)与五号过氧化氢投加单元(5-9)相邻设置并把反应容器(2)的内腔隔断，四号过氧化氢投加单元(5-8)的上端开有过水通路(5-8-1)，五号过氧化氢投加单元(5-9)的下端开有过水通道(5-9-1)，四号过氧化氢投加单元(5-8)与五号过氧化氢投加单元(5-9)之间设置有臭氧曝入管(1)，挡板(20)与出水管(7)相邻，挡板(20)把反应容器(2)的内腔隔断，挡板(20)的上端开有通水开口(20-1)。
9、根据权利要求8所述的臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，其特征在于：过氧化氢投加单元的外表形状为“波浪”形，每两个过氧化氢投加单元之间都设置臭氧曝入管(1)。
10、根据权利要求1所述的臭氧/过氧化氢高级氧化膜反应器，其特征在于：反应容器(2)内设置若干块挡水板，一号挡水板(10)、二号挡水板(11)、三号挡水板(12)、四号挡水板(13)、五号挡水板(14)、六号挡水板(15)平行设置并分别把反应容器(2)的内腔隔断开，一号挡水板(10)与进水管(6)相邻并且二者之间设置臭氧曝入管(1)，一号挡水板(10)的下端开有通水道(16)，二号挡水板(11)与三号挡水板(12)相邻设置并且二者之间设置臭氧曝入管(1)，二号挡水板(11)的上端和三号挡水板(12)的下端都开有通水道(16)，四号挡水板(13)与五号挡水板(14)相邻并且二者之间设置臭氧曝入管(1)，六号挡水板(15)与出水管(7)相邻，六号挡水板(15)的上端开有通水道(16)，一号挡水板(10)与二号挡水板(11)之间设置有细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)，三号挡水板(12)与四号挡水板(13)之间设置有细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)，五号挡水板(14)与六号挡水板(15)之间设置有细管状的管式膜(5-3)或中空纤维组件(5-2)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20191225 Address after: 017000 Hi-tech Industrial Park Incubator B Block 701, Erdos City, Inner Mongolia Autonomous Region Patentee after: Ordos City An Xintai Environmental Protection Technology Co., Ltd Address before: 150001 Harbin, Nangang, West District, large straight street, No. 92 Patentee before: Harbin Institute of Technology |
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| TR01 | Transfer of patent right |