CN212954471U - 一种非均相臭氧催化氧化设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种非均相臭氧催化氧化设备，包括原水管，原液罐通过给水泵连接所述催化反应塔的进水端，臭氧发生器的气体出口连接所述催化反应塔的进气端，催化反应塔外接排水与尾气回收，臭氧发生器还连接给气罐，通过合理的布局设计，分开式补水进气，使得原水与臭氧经过在催化剂的作用下充分混合，实现净化污水的目的，合理的布局有效的减少部件之间的多度连接关系，减低维护成本。

Description

一种非均相臭氧催化氧化设备

技术领域

本发明实施例涉及污水处理技术领域，具体涉及一种非均相臭氧催化氧化设备。

背景技术

臭氧具有强氧化性(氧化电位2.07V)，可与有机物进行直接氧化反应，但具有选择性、反应速度慢的缺点；同时臭氧在水中可形成羟基自由基 (·OH)，羟基自由基的氧化电位为2.83V，是大自然仅次于氟(3.06V) 的强氧化剂，可以将有机物分解为矿化物如二氧化碳和水，该自由基反应具有无选择性、反应速度快的特点。

非均相催化臭氧氧化是一种新兴的高级氧化技术，该技术采用高效非均相催化剂，大幅度强化羟基自由基产生量，提高了难降解有机物的去除率，从而提高臭氧利用率，降低处理成本。催化臭氧氧化催化剂表面及空穴可以对水中臭氧与有机污染物进行富集吸附，增加了局部的臭氧与污染物浓度，通过催化作用增大了臭氧产生羟基自由基的转化效率，极大提高羟基自由基浓度。利用羟基自由基的氧化性具有无选择性和高效性的特点，使得反应速度更快，有机物降解更彻底。

现有的非均相催化氧化工艺中，系统设置不完善，导致催化剂利用率低，需要反复催化作用，才能实现净化水质的目的，多级处理的过程需要的设备众多，增加成本与占地面积，维护不便。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种非均相臭氧催化氧化设备，以解决现有技术中由于催化系统设置不合理而导致的增加运维成本的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

非均相催化臭氧氧化的主要功能与特点为：

(1)固液界面反应-较大比表面积、孔隙率，提供活性吸附位，生成活性、低活化能的中间络合物；

(2)OH·氧化机理，催化剂表面金属氧化物(Fe,Al,Ti,Mn等) 具有羟基(HydroxylGroups)(-OH)促进形成OH·自由基；OH·与有机物发生化学反应。

(3)而臭氧在催化剂作用下，产生强氧化剂-羟基自由基OH· (E₀＝2.8V)电位高，无选择性，反应能力强，速度快(远高于臭氧氧化反应速率)，可引发链反应，其反应速率是臭氧氧化的100-1000倍。

(4)臭氧容易布气，它在水中的溶解度是氧气的12倍。臭氧利用率高，氧化后分解为氧气，增加了水中氧浓度。废水中难降解有机物经催化臭氧氧化后，一部分矿化为CO₂和H₂O，一部分为降解为可生物降解的小分子有机物，有利于后续好氧生物处理。

(5)催化臭氧氧化为非均相催化氧化，采用固定床反应器，反应器内装填球型催化剂层，催化剂为稀有金属与载体烧结的金属氧化物，催化活性高、化学性质稳定，寿命长(5-8年)。

(6)臭氧可现场原位从富氧(空分站放空氧气)或空气和电能制取，无须储存和管理。催化臭氧氧化与芬顿氧化相比的另一大优势是反应产物无固体废渣产生。

(7)催化臭氧氧化反应在常温常压下进行，污水不需调节酸碱性，反应产物为CO₂和H₂O，或易生物降解的小分子有机物。

在本发明的实施方式的第一方面中，提供了一种非均相臭氧催化氧化设备，包括原液罐、臭氧发生器以及催化反应塔，所述原液罐通过给水泵连接所述催化反应塔的进水端，所述臭氧发生器的气体出口连接所述催化反应塔的进气端，所述催化反应塔外接排水与尾气回收。

进一步地，所述催化反应塔包括外壳，所述外壳上设有进气口、进水口、排水口与排气口，所述进气口与进水口设置在外壳的下半部，所述排水口与排气口设置在外壳的上半部，所述外壳的内部设有折流通道结构，所述折流通道结构内设置催化剂。

进一步地，所述折流通道结构包括安装在催化反应塔中间的导流筒，所述导流筒的外侧设置倒置的折流筒，所述折流筒设置在支撑网上，所述导流筒内、折流筒与外壳的内壁之间均设有催化剂，所述进水口的管路通入导流筒的内部。

进一步地，所述进气口设置在外壳的底面上，与所述导流筒的位置相对，所述进水口设置在所述支撑网与进水口之间的区域内。

进一步地，所述催化反应塔的内部还设有均气盘，所述导流筒这是在均气盘上，所述均气盘将所述导流筒与进水口间隔开。

进一步地，所述均气盘上设置若干的通孔，由中心点至边沿的通孔的孔径逐渐变小。

进一步地，所述排气口设置在所述外壳的顶面的中心处。

进一步地，所述臭氧发生器还连接给气罐。

进一步地，所述催化剂是以活性氧化铝为载体，与多种活性组分烧结制成的多孔颗粒物。

进一步地，所述催化剂的直径为3～5mm，比表面积不小于230m²/g，孔容积为0.4～0.6cm³/g，吸水率不小于40％，抗压强度大于100N的圆球状颗粒物，其堆积密度在0.65～0.75g/cm³之间。

根据本发明的实施方式，具有如下优点：

1、本实用新型的催化系统中，原液罐通过给水泵连接所述催化反应塔的进水端，臭氧发生器的气体出口连接所述催化反应塔的进气端，催化反应塔外接排水与尾气回收，臭氧发生器还连接给气罐，通过合理的布局设计，分开式补水进气，使得原水与臭氧经过在催化剂的作用下充分混合，实现净化污水的目的，合理的布局有效的减少部件之间的多度连接关系，减低维护成本；

2、本实用新型的催化系统中，催化反应塔的外壳上设有进气口、进水口、排水口与排气口，进气口与进水口设置在外壳的下半部，排水口与排气口设置在外壳的上半部，外壳的内部设有折流通道结构，折流通道结构内设置催化剂，通过折流回水的结构设计，形成二次接触催化氧化，能够是原水及臭充分与催化剂接触反应，而实现净化污水的目的；

3、催化臭氧氧化催化剂是以活性氧化铝为载体、与多种活性组分烧结制成，为直径3～5mm左右的圆球状多孔颗粒，堆积密度在0.65～0.75 g/cm³之间，具有良好的亲水性和水力学特性，并具有巨大的比表面积及优秀的颗粒空穴活性，使催化臭氧氧化催化剂表面与水分子进行充分接触，同时催化剂之间形成相互交错的气道和水道，保证较好的传质效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种非均相臭氧催化氧化设备的系统结构图；

图2为本发明实施例提供的一种非均相臭氧催化氧化设备中催化反应塔的内部部分剖视图；

图3为图2中A-A向剖视图。

图中：1、原液罐；2、臭氧发生器；3、催化反应塔；31、外壳；32、进气口；33、进水口；34、排水口；35、排气口；36、导流筒；37、折流筒；38、支撑网；39、均气盘；4、给水泵；5、催化剂；6、给气罐。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，其示出了本实用新型施例提供的一种非均相臭氧催化氧化设备，包括原液罐1、臭氧发生器2以及催化反应塔3，原液罐1通过给水泵4连接催化反应塔3的进水端，臭氧发生器2的气体出口连接催化反应塔3的进气端，催化反应塔3外接排水与尾气回收。

其中，臭氧发生器2还连接给气罐6，给气罐6可以供给压缩空气或者直接供给氧气，臭氧发生器2为电离臭氧发生器2。

本系统中，合理的布局设计，分开式补水进气，使得原水与臭氧经过在催化剂5的作用下充分混合，实现净化污水的目的，合理的布局有效的减少部件之间的多度连接关系，减低维护成本。

其中，催化剂5是以活性氧化铝为载体，与多种活性组分烧结制成的多孔颗粒物，催化剂5的直径为3～5mm，比表面积不小于230m²/g，孔容积为0.4～0.6cm³/g，吸水率不小于40％，抗压强度大于100N的圆球状颗粒物，其堆积密度在0.65～0.75g/cm³之间。

如图2、图3所示，催化反应塔3包括外壳31，外壳31的顶盖可以打开，外壳31上设有进气口32、进水口33、排水口34与排气口35，进气口32与进水口33设置在外壳31的下半部，排水口34与排气口35设置在外壳31的上半部，外壳31的内部设有折流通道结构，折流通道结构内设置催化剂5。

本实施例中的催化反应塔3为筒形结构，折流通道结构包括安装在催化反应塔3中间的导流筒36，导流筒36的外侧设置倒置的折流筒37，折流筒37设置在支撑网38上，导流筒36内、折流筒37与外壳31的内壁之间均设有催化剂5，进水口33的管路通入导流筒36的内部。

通过折流回水的结构设计，形成二次接触催化氧化，能够是原水及臭充分与催化剂5接触反应，而实现净化污水的目的，其中，导流筒36 与折流筒37之间不设置催化剂5，其目的是过渡密集的催化剂5作用下使得水流缓慢而影响净化效率，实际应用过程中，催化效果却并没有太多的变化。

具体的结构中，进气口32设置在外壳31的底面上，与导流筒36的位置相对，进水口33设置在支撑网38与进水口33之间的区域内，排气口设置在外壳31的顶面的中心处。

进一步地优选的实施方式中，催化反应塔3的内部还设有均气盘39，导流筒36设置在均气盘39上，均气盘39将导流筒36与进水口33间隔开，均气盘39能够将臭氧气体由中间至外围逐渐扩散开，确保能够充分接触催化剂5。

其中，均气盘39上设置若干的通孔(未示出)，由中心点至边沿的通孔的孔径逐渐变小，使得中间导流筒36内的原水能够更多的与臭氧混合接触催化剂5氧化，使得催化过程更集中。

本实用新型实施过程中，原水进入导流筒36内，同时臭氧大部分向导流筒36内扩散，同时接触催化剂5发生氧化反应，在压力作用下，水流逐渐漫过导流筒36进入折流通道内，由于均气盘39具有通孔，一部分原水会直接进入催化反应塔3的底部，刚好与逐渐扩散的臭氧混合，共同流入折流通道内，经过氧化反应，洁净水流通过排水口34流出进入水处理的其他工序，过多的臭氧尾气通过顶盖的排气口35进入尾气回收装置，排水口34处可以设置气液分离器，避免臭氧随水排出。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种非均相臭氧催化氧化设备，其特征在于，包括原液罐、臭氧发生器以及催化反应塔，所述原液罐通过给水泵连接所述催化反应塔的进水端，所述臭氧发生器的气体出口连接所述催化反应塔的进气端，所述催化反应塔外接排水与尾气回收。

2.如权利要求1所述的非均相臭氧催化氧化设备，其特征在于，所述催化反应塔包括外壳，所述外壳上设有进气口、进水口、排水口与排气口，所述进气口与进水口设置在外壳的下半部，所述排水口与排气口设置在外壳的上半部，所述外壳的内部设有折流通道结构，所述折流通道结构内设置催化剂。

3.如权利要求2所述的非均相臭氧催化氧化设备，其特征在于，所述折流通道结构包括安装在催化反应塔中间的导流筒，所述导流筒的外侧设置倒置的折流筒，所述折流筒设置在支撑网上，所述导流筒内、折流筒与外壳的内壁之间均设有催化剂，所述进水口的管路通入导流筒的内部。

4.如权利要求3所述的非均相臭氧催化氧化设备，其特征在于，所述进气口设置在外壳的底面上，与所述导流筒的位置相对，所述进水口设置在所述支撑网与进水口之间的区域内。

5.如权利要求4所述的非均相臭氧催化氧化设备，其特征在于，所述催化反应塔的内部还设有均气盘，所述导流筒设置在均气盘上，所述均气盘将所述导流筒与进水口间隔开。

6.如权利要求5所述的非均相臭氧催化氧化设备，其特征在于，所述均气盘上设置若干的通孔，由中心点至边沿的通孔的孔径逐渐变小。

7.如权利要求2所述的非均相臭氧催化氧化设备，其特征在于，所述排气口设置在所述外壳的顶面的中心处。

8.如权利要求1所述的非均相臭氧催化氧化设备，其特征在于，所述臭氧发生器还连接给气罐。

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