CN210764528U - 一种高效稳定的臭氧催化氧化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，属于废水处理技术领域，本装置包括臭氧发生器、反应器、循环水泵和尾气破坏器，反应器的内部自上而下依次设有固定床催化剂层、第一曝气盘、第一布水装置、流化床催化剂层、第二曝气盘和第二布水装置，其顶部通过尾气排放管与尾气破坏器连接，其上部设有排水管和循环水管；第二布水装置与进水管连接；循环水管还连接于进水管，其上设有循环水泵；臭氧发生器通过第一臭氧排气管与第一曝气盘连接、第二臭氧排气管与第二曝气盘连接。本装置通过合理的结构布局，兼有流化床传质效果好，处理效率高，固定床出水性能好，催化剂不易流失等特点，还具有臭氧多点投加和适应性好等优点。

Description

一种高效稳定的臭氧催化氧化反应装置

技术领域

本实用新型属于废水处理技术领域，具体涉及一种高效稳定的臭氧催化氧化反应装置。

背景技术

随着国家环保标准的日益提高以及环境要求日趋严格，废水处理的重要性日益凸显，对处理后废水出水水质要求逐步提高。臭氧具有极强的氧化能力，它在水中的氧化还原电位2.07eV。臭氧能氧化大部分无机物和有机物，被用来处理工业废水，能有效去除废水中的有机物，降低废水中的BOD和COD，并对脱色、除臭有显著效果。

为提高臭氧利用率以及污水处理效率，目前普遍采用臭氧催化氧化的方式进行污水处理。目前研究和应用的反应器主要为两种，一种是固定床式，催化剂装填在反应器底部，废水/臭氧从反应器底部自下而上通过催化剂床层，发生催化氧化反应；另一种是流化床式，借助外力，催化剂在反应器内流化，与污水/臭氧充分接触，发生催化反应。

固定床式臭氧反应器兼有催化和过滤的效果，但催化剂易堵塞和失灵，反冲洗频繁。流化床式反应器传质效果好，反应效率高，需要消耗动力，流化催化剂，能耗高。

为解决上述问题，该实用新型将固定床式与流化床式相结合，既能降低能耗、提高传质效率又能解决催化剂层堵塞问题，同时臭氧又能多点投加。

实用新型内容

有签于此，本实用新型的目的在于提供一种高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，用于解决现有臭氧催化氧化反应装置催化剂层堵塞或能耗高的问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型提供的一种高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，包括臭氧发生器、反应器、循环水泵和尾气破坏器，所述反应器的内部自上而下依次设有固定床催化剂层、第一曝气盘、第一布水装置、流化床催化剂层、第二曝气盘和第二布水装置，其顶部通过尾气排放管与尾气破坏器连接，其上部设有排水管和循环水管；所述第二布水装置与进水管连接；所述循环水管还连接于进水管，其上设有循环水泵；所述臭氧发生器通过第一臭氧排气管与第一曝气盘连接、通过第二臭氧排气管与第二曝气盘连接。采用上述方案，该臭氧催化氧化反应装置集固定床和流化床于一体，兼有流化床传质效率高，反应效果好，固定床不易堵塞，催化剂不流失等特点，且能多点投加臭氧，提高总体反应效率。

进一步，所述固定床催化剂层的厚度为反应器的1/6～1/4，固定床催化剂层底部距反应器底部的高度为反应器的1/3～1/2。这样，催化剂与臭氧和污染物质传质效率高，提高反应效率，适应性好。

进一步，所述流化床催化剂层的厚度为反应器的1/6～1/4，催化剂膨胀率30％～100％。这样，催化剂与臭氧和污染物质传质效率高，提高反应效率，适应性好。

进一步，所述固定床催化剂层和流化床催化剂层内的催化剂选用石英砂、砖渣、钢渣、活性炭、分子筛或氧化铝中的一种或多种组合，其内活性成分选用Mn、Fe、Cu过渡金属氧化物中的一种或几种组合。这样，孔径为2～8mm的分催化剂比较面积大，提高臭氧与催化剂的接触面积，能够发挥催化剂的最佳催化效果。

进一步，所述第一曝气盘在固定床催化剂层底部均匀分布，所述第二曝气盘在流化床催化剂层底部均匀分布，且第一曝气盘和第二曝气盘均采用微孔曝气盘或微纳米发生器。这样，曝气盘均匀分布在催化剂层底部，起到将曝气盘扩散出的臭氧均匀分散的作用。臭氧与水接触时，气泡直径小，微型气泡能够均匀的分散在水中，且停留时间较长，臭氧利用率高。

进一步，所述第一布水装置和第二布水装置采用长柄滤头、短柄滤头或穿孔布水板中的一种。这样，有助于废水均匀从下至上进入反应器本体。

进一步，所述固定床催化剂层下方设有反冲洗布水装置，所述反冲洗布水装置上连接有与循环水管连接的反冲洗入水管，所述排水管兼作反冲洗出水管；所述反冲洗布水装置采用长柄滤头、短柄滤头或穿孔管中的一种。这样，反冲洗布水装置起到布水均匀，均匀清洗固定床催化剂的效果。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的臭氧催化氧化反应装置，通过设置合理的结构布局，使得固定床与流化床充分结合，降低固定床反冲洗频率和催化剂失灵率，减少流化床流化所需动力，降低能耗，提高传质效率，提高反应效果。

2、本实用新型的臭氧催化氧化反应装置，设计合理，臭氧发生器产生的臭氧分两次加入至反应器本体中，充分利用曝气盘分散出的臭氧，臭氧以直径5～50um的微气泡进入反应器本体中，提高臭氧在废水中的停留时间；废水经过催化剂层，催化剂比表面积较大，溶于废水中的微气泡臭氧在催化剂的催化作用下，生成更多的氧化性物质降解废水中的污染物。本反应器可以用于污水的深度处理、污水回收利用以及高浓度难生化污水预处理等领域。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型臭氧催化氧化反应器的结构示意图；

元件标号说明：臭氧发生器1、第一臭氧排气管2、第二臭氧排气管3、第二布水装置4、第二曝气盘5、循环水泵6、第一布水装置7、反冲洗布水装置8、第一曝气盘9、固定床催化剂层10、反应器11、排水管12、循环水管13、尾气排放管14、尾气破坏器15、流化床催化剂层16、进水管17、反冲洗入水管18；第一臭氧阀a、第二臭氧阀b、进水阀c、第一循环水阀d、反冲洗入水阀e、第二循环水阀f、排水阀g、反冲洗出水阀h。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实施例中的高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，用于解决现有臭氧催化氧化反应装置催化剂层堵塞或能耗高的问题。本反应装置从左到右依次包括有用管道连接的臭氧发生器1、反应器11、尾气破坏器15和循环水泵6，反应器11内部从上到下依次设置有固定床催化剂层10、第一曝气盘9、第一布水装置7、反冲洗布水装置8，流化床催化剂层16、第二曝气盘5和第二布水装置4。该反应器11为密闭的容器。臭氧发生器1与反应器11内的第一曝气盘9之间连接有带第一臭氧阀a的第一臭氧排气管2、第二曝气盘5之间连接有带第二臭氧阀b的第二臭氧排气管3，反应器11上部连接有带排水阀g、反冲洗出水阀h的排水管12及带有第一循环水阀d和第二循环水阀f的循环水管13，第二布水装置4与进水管17连接，循环水管13还连接于进水管17，其上设有循环水泵6；反应器11顶部连接有尾气排放管14，尾气排放管14的端部连接有尾气破坏器15。这样，该臭氧催化氧化反应装置集固定床和流化床于一体，兼有流化床传质效率高，反应效果好，固定床不易堵塞，催化剂不流失等特点，且能多点投加臭氧，提高总体反应效率。优选的，使第一臭氧排气管与第二臭氧排气管的排气量比例为0.5:1～1:1。这样，可根据污染物浓雾，高效利用臭氧。优选的，利用反冲洗布水装置对固定床催化剂层进行自下而上的反洗。

具体的，本实施例中的固定床催化剂层的厚度为反应器的1/6～1/4，固定床催化剂层底部距反应器底部的高度为反应器的1/3～1/2。流化床催化剂层位于在反应器本体下部，其厚度为反应器的1/6～1/4。催化剂选用石英砂、砖渣、钢渣、活性炭、分子筛或氧化铝中的一种，活性成分选自Mn、Fe、Cu过渡金属氧化物中的一种或几种组合。固定床催化剂层底部均匀布置第一曝气盘，流化床催化剂层底部均匀布置第二曝气盘，第一、第二曝气盘采用微孔曝气盘或微纳米发生器，以扩散出5～50um的微气泡，这样臭氧以5～50um的微气泡扩散入水中。流化床催化剂层的流化采用反应器循环水，催化剂层膨胀率30％～100％。这样，催化剂与臭氧和污染物质传质效率高，提高反应效率，适应性好。第一布水装置布置于固定床催化剂层底部，第二布水装置布置于流化床催化剂层底部，均采用长柄滤头、短柄滤头或穿孔布水板中的一种。这样，有助于废水均匀从下至上进入反应器本体。固定床催化剂层的反冲洗采用反应器循环水反冲，反冲洗布水装置8布置于固定床催化剂层底部，反冲洗布水装置采用长柄滤头、短柄滤头或穿孔布水板中的一种，这样反冲洗布水装置起到布水均匀，均匀清洗固定床催化剂的效果。反冲洗出水与反应器出水共用一根出水管，即排水管12兼作反冲洗出水管，由排水阀、反冲洗出水阀控制反应器出水或反冲洗出水，方便分别收集。反冲洗布水装置8上连接有带反冲洗入水阀e的反冲洗入水管18，该反冲洗入水管连接于循环水管，利用固定床催化剂层上方的循环水通过循环水管引入反冲洗布水装置中对固定床催化剂层实施反洗，反洗后的污水通过排水管上的反冲洗出水阀h排放。

采用上述方案，臭氧发生器用来产生臭氧，反应器内固定床催化剂层和流化床催化剂层中的催化剂用于催化臭氧进行氧化反应进而将废水中的污染物分解去除。废水先经流化床催化剂层，高效去除废水中的部分有机物，反应出水再进入固定床催化剂层，废水中的悬浮物有效的截留在流化床催化剂层中，防止固定床催化剂层堵塞，反应器顶部通过尾气排放管及尾气破坏器将未反应完的臭氧实施处理后排放，反应器顶部的排水管用于将经历过臭氧催化氧化反应后的污水排除，而循环水管将固定床催化剂层上方的污水再次进行反应器的内循环。通过设置合理的结构布局，使得臭氧以微小气泡散出，与废水充分接触，并多点投加，在催化剂的催化作用下提高臭氧利用率和反应效率。

实施例一：

本高效稳定的臭氧催化氧化反应装置选用：固定床催化剂层厚度为反应器的1/6，催化剂层底部距离反应器底部的高度为反应器的1/2。流化床催化剂层厚度占反应器本体的1/4。固定床催化剂层和流化床催化剂层的催化剂均选用复合金属催化剂。第一、第二布水装置均选用长柄滤头。反冲洗布水装置选用穿孔布水管。污水处理过程为：

打开第一臭氧阀a、第二臭氧阀b、进水阀c、第一循环水阀d、第二循环水阀f、排水阀g，关闭反冲洗入水阀e、反冲洗出水阀h，臭氧发生器产生的臭氧2/3沿着第二臭氧排气管进入第二曝气盘，并由曝气盘扩散出45um的微气泡；1/3臭氧沿着第一臭氧排气管进入第一曝气盘，并由曝气盘扩散出15um的微气泡。由进水管进入的待处理废水和/或反应器内固定床催化剂层上方的循环水混合后经第二布水装置布水，均匀进入反应器底部。在反应器内，流化床催化剂层在流化状态下与污染物和臭氧充分接触，发生高效率的臭氧催化氧化反应，即流化床催化剂层的催化剂在水力流速推动下，膨胀90％，处于流化状态，流化状态下的催化剂，与臭氧充分接触，发生臭氧催化氧化反应，除去废水中的污染物，待废水在反应器的流化床催化剂层发生臭氧催化氧化反应后，由第一布水装置均匀进入固定床催化剂层底部，出水进入固定床催化剂层，废水中未反应的污染物在催化剂的作用下，再次反生反应，使得废水中污染物充分发生氧化反应进行降解，同时固定床层具有过滤效果，出水清澈，并能防止催化剂流失。去除污染物的废水由排水管进行收集，未发生氧化反应的臭氧沿着反应器顶部的尾气排放管进入尾气破坏器后排入大气。反应器运行6～7天后，为固定床防催化剂层堵塞，需要对固定床催化剂层进行反洗，其反洗时，关闭进水阀c、第一循环水阀d，打开反冲洗入水阀e、反冲洗出水阀h，从反冲洗入水管冲入循环水，反冲洗出水阀的反冲洗出水管支路收集清洗后废水。

本实施例，待处理废水中的悬浮物在流化床层催化剂反应空间及臭氧接触量加强，使进入固定床的悬浮物浓度降低，减少了固定床堵塞频率。

实施例二：

本高效稳定的臭氧催化氧化反应装置选用：固定床催化剂层厚度为反应器的1/4，催化剂层底部距离反应器底部的高度为反应器的1/3。流化床催化剂层厚度占反应器本体的1/6。固定床催化剂层和流化床催化剂层的催化剂均选用复合金属催化剂。第一、第二布水装置均选用短柄滤头。反冲洗布水装置选用短柄滤头。污水处理过程为：

打开第一臭氧阀a、第二臭氧阀b、进水阀c、第一循环水阀d、第二循环水阀f、排水阀g，关闭反冲洗入水阀e、反冲洗出水阀h，臭氧发生器产生的臭氧1/2沿着第二臭氧排气管进入第二曝气盘，并由曝气盘扩散出40um的微气泡；1/2臭氧沿着第一臭氧排气管进入第一曝气盘，并由曝气盘扩散出20um的微气泡。由进水管进入的待处理废水和/或反应器内固定床催化剂层上方的循环水混合后经第二布水装置布水，均匀进入反应器底部。在反应器内，流化床催化剂层在流化状态下与污染物和臭氧充分接触，发生高效率的臭氧催化氧化反应，即流化床催化剂层的催化剂在水力流速推动下，膨胀70％，处于流化状态，流化状态下的催化剂，与臭氧充分接触，发生臭氧催化氧化反应，除去废水中的污染物，待废水在反应器的流化床催化剂层发生臭氧催化氧化反应后，由第一布水装置均匀进入固定床催化剂层底部，出水进入固定床催化剂层，废水中未反应的污染物在催化剂的作用下，再次反生反应，使得废水中污染物充分发生氧化反应进行降解，同时固定床层具有过滤效果，出水清澈，并能防止催化剂流失。去除污染物的废水由排水管进行收集，未发生氧化反应的臭氧沿着反应器顶部的尾气排放管进入尾气破坏器后排入大气。反应器运行4～5天后，为固定床防催化剂层堵塞，需要对固定床催化剂层进行反洗，其反洗时，关闭进水阀c、第一循环水阀d，打开反冲洗入水阀e、反冲洗出水阀h，从反冲洗入水管冲入循环水，反冲洗出水阀的反冲洗出水管支路收集清洗后废水。

本实施例，待处理废水中的悬浮物在固定床催化剂层反应空间及臭氧接触量增加，使进入固定床的悬浮物臭氧催化氧化反应时间加长，可使悬浮物浓度降低，但相对于实施例一来说，在一定程度上会增加了固定床堵塞频率，需要增加反冲洗次数。

实施例三：

本高效稳定的臭氧催化氧化反应装置选用：固定床催化剂层厚度为反应器的1/5，催化剂层底部距离反应器底部的高度为反应器的5/12。流化床催化剂层厚度占反应器本体的1/5。固定床催化剂层和流化床催化剂层的催化剂均选用复合金属催化剂。第一、第二布水装置均选用短柄滤头。反冲洗布水装置选用短柄滤头。污水处理过程为：

打开第一臭氧阀a、第二臭氧阀b、进水阀c、第一循环水阀d、第二循环水阀f、排水阀g，关闭反冲洗入水阀e、反冲洗出水阀h，臭氧发生器产生的臭氧3/4沿着第二臭氧排气管进入第二曝气盘，并由曝气盘扩散出30um的微气泡；1/4臭氧沿着第一臭氧排气管进入第一曝气盘，并由曝气盘扩散出10um的微气泡。由进水管进入的待处理废水和/或反应器内固定床催化剂层上方的循环水混合后经第二布水装置布水，均匀进入反应器底部。在反应器内，流化床催化剂层在流化状态下与污染物和臭氧充分接触，发生高效率的臭氧催化氧化反应，即流化床催化剂层的催化剂在水力流速推动下，膨胀80％，处于流化状态，流化状态下的催化剂，与臭氧充分接触，发生臭氧催化氧化反应，除去废水中的污染物，待废水在反应器的流化床催化剂层发生臭氧催化氧化反应后，由第一布水装置均匀进入固定床催化剂层底部，出水进入固定床催化剂层，废水中未反应的污染物在催化剂的作用下，再次反生反应，使得废水中污染物充分发生氧化反应进行降解，同时固定床层具有过滤效果，出水清澈，并能防止催化剂流失。去除污染物的废水由排水管进行收集，未发生氧化反应的臭氧沿着反应器顶部的尾气排放管进入尾气破坏器后排入大气。反应器运行5～6天后，为固定床防催化剂层堵塞，需要对固定床催化剂层进行反洗，其反洗时，关闭进水阀c、第一循环水阀d，打开反冲洗入水阀e、反冲洗出水阀h，从反冲洗入水管冲入循环水，反冲洗出水阀的反冲洗出水管支路收集清洗后废水。

本实施例，待处理废水中的悬浮物在流化床催化剂层和固定床催化剂层反应空间及臭氧接触量处于中等水平，但相对于实施例二来说，在一定程度上会降低悬浮物进入固定床的浓度。

上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，包括臭氧发生器(1)、反应器(11)、循环水泵(6)和尾气破坏器(15)，其特征在于，所述反应器的内部自上而下依次设有固定床催化剂层(10)、第一曝气盘(9)、第一布水装置(7)、流化床催化剂层(16)、第二曝气盘(5)和第二布水装置(4)，其顶部通过尾气排放管(14)与尾气破坏器连接，其上部设有排水管(12)和循环水管(13)；所述第二布水装置与进水管(17)连接；所述循环水管还连接于进水管，其上设有循环水泵；所述臭氧发生器通过第一臭氧排气管(2)与第一曝气盘连接、通过第二臭氧排气管(3)与第二曝气盘连接。

2.根据权利要求1所述的高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，所述固定床催化剂层的厚度为反应器的1/6～1/4，固定床催化剂层底部距反应器底部的高度为反应器的1/3～1/2。

3.根据权利要求1所述的高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，所述流化床催化剂层的厚度为反应器的1/6～1/4，催化剂膨胀率30％～100％。

4.根据权利要求1所述的高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，所述固定床催化剂层和流化床催化剂层内的催化剂选用石英砂、砖渣、钢渣、活性炭、分子筛或氧化铝中的一种或多种组合，其内活性成分选用Mn、Fe、Cu过渡金属氧化物中的一种或几种组合。

5.根据权利要求1所述的高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，所述第一曝气盘在固定床催化剂层底部均匀分布，所述第二曝气盘在流化床催化剂层底部均匀分布，且第一曝气盘和第二曝气盘均采用微孔曝气盘或微纳米发生器。

6.根据权利要求1所述的高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，所述第一布水装置和第二布水装置采用长柄滤头、短柄滤头或穿孔布水板中的一种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的高效稳定的臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，所述固定床催化剂层下方设有反冲洗布水装置(8)，所述反冲洗布水装置上连接有与循环水管连接的反冲洗入水管(18)，所述排水管兼作反冲洗出水管；所述反冲洗布水装置采用长柄滤头、短柄滤头或穿孔管中的一种。

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