一种臭氧催化氧化搅拌式反应器制造技术

本实用新型专利技术属于有机化工废水处理领域，具体涉及的是对传统臭氧反应器进行改造，得到一种处理化工废水的新型、高效臭氧催化氧化搅拌式反应器。通过对臭氧反应器内部结构进行改造（如设置导流筒、增加搅拌装置），以提高臭氧停留时间；同时，将臭氧与负载了“活性炭+纳米铁（纳米零价铁与纳米氧化铁的混合物）”的催化填料进行联用，提高臭氧利用率，从而降低工艺能耗和处理成本。

A Stirred Reactor for Ozone Catalytic Oxidation

The utility model belongs to the field of organic chemical wastewater treatment, in particular to the modification of the traditional ozone reactor, and obtains a new high-efficiency ozone catalytic oxidation stirred reactor for treating chemical wastewater. The internal structure of ozone reactor was reformed (such as installing draft tube and increasing stirring device) to improve ozone residence time. At the same time, ozone was combined with catalyst filler loaded with activated carbon + nano-iron (mixture of nano-zero-valent iron and nano-iron oxide) to improve ozone utilization rate, so as to reduce process energy consumption and treatment cost.

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧催化氧化搅拌式反应器
该技术属于有机化工废水处理领域，具体涉及的是对传统臭氧反应器进行改造，得到一种处理化工废水的新型、高效臭氧催化氧化搅拌式反应器及污水处理方法。
技术介绍
随着我国经济的发展，有机化工行业已成为我国的重要支柱产业。在化工产品大量生产的过程中同时会产生大量的废水，这些废水除含有常规无机化合物、重金属等污染物外，还常常含有高毒性、致畸、致癌、致突变等特性的特征有机污染物，如多氯联苯、多环芳烃、酚类化合物、溴系阻燃剂、染料等，因此废水具有成分复杂、毒性高、难处理等特点[1-3]。由于这些特征有机污染物大多难被生物降解，且具有较强的生物富积性，对环境具有持久污染能力，若随排水进入受纳水体，将对水生生物、动植物甚至人体健康构成一定威胁。传统的生物降解技术不能有效处理这类有机化工废水，出水仍然具有较高生物毒性(有机污染物未得到有效降解或矿化)[4]。高级氧化技术因具有反应速率快、处理效能好等特点，已经成为处理难降解有机化工废水的重要手段，主要包括光催化降解技术、芬顿试剂氧化技术、臭氧氧化技术等[5-7]。臭氧氧化技术因其具有处理效果明显、易于工程实施、便于推广应用等优点，已被广泛应用于处理难降解有机化工废水[8]。然而，由于臭氧氧化技术存在气液传质效果差的不足，导致臭氧氧化技术能耗大、成本高昂，限制其进一步的推广和应用[9]。而影响臭氧反应器气液传质效果的两个重要因素包括初始气泡大小和气体停留时间[10,11]。初始气泡大小决定了气液传质的接触面积，气泡越小，气液接触面积就越大，越有利于接触反应；气体的停留时间决定气液传质接触的时间，接触时间越长越有利于反应。目前，已有专家学者对臭氧曝气方式进行改造，可有效提高臭氧传质效果，如在传统臭氧反应器底部安装微孔曝气盘，可将臭氧转移效率从8％提升至22％左右；而用微气泡发生器进行微气泡曝气的反应器臭氧转移效率可达60-70％左右[12,13]。但仅依靠改变臭氧曝气方式还不能从根本上解决臭氧传质效果差的问题，需进一步从臭氧反应器的内部结构进行改造以提高臭氧停留时间。另外，例如CN107331526A公开了一种处理有机废水的耦合式膜臭氧催化反应装置。它包括一级预处理反应器、二级预处理反应器、膜催化主反应器、膜催化反应器监测与智能控制系统、膜清洗系统；其特征在于所述的一级预处理反应器包括：无级变速搅拌器、进出水流量计、温度计以及pH探头；二级预处理反应器包括：内含滤料石英砂的多介质过滤器；膜催化主反应器包括：活性炭处理区和催化膜组件区，此外配有真空泵、进水和进/排气系统；膜清洗系统包括：反洗泵、计量泵以及1个清水罐和2个贮药罐。该反应装置工艺流程较复杂，多介质过滤器中石英砂需消耗更多反冲洗水，催化膜组件成本较高且高温时的密封问题一直有待进一步解决。CN205061658U公开了一种用于废水处理的催化臭氧氧化反应装置，包括催化氧化反应器、曝气组件、气体流量计、臭氧发生器、三相分离器和分离水循环器，分离水循环器与催化氧化反应器底部通过管路连通，三相分离器与分离水循环器通过连接水管连通；采用负载锰、铜元素的活性炭为催化剂填料，提高臭氧氧化处理效果。但催化剂填料上负载的锰、铜元素若流失进入反应器内，容易造成重金属污染；另外，催化剂量填料安装在臭氧发生器内，提前对产生的臭氧进行催化生成更多的自由基，然后通过气体流量计进入催化氧化反应器，在这个过程中自由基损失较多，除污效能大大减弱。CN206529326U公开了一种多级高效臭氧催化氧化循环反应器，包括一级催化氧化反应器、吸风机、搅拌电机、臭氧循环管和搅拌叶片，所述臭氧发生器连接在气水混合区的一侧，所述挡板分别镶嵌在一级催化氧化反应器、二级催化氧化反应器和三级催化氧化反应器的一侧，所述收集罩的内腔均镶嵌有吸风机，所述臭氧循环管的一端均连接在收集罩的顶部，所述搅拌电机的下端设有搅拌叶片，所述出水管连接在三级催化氧化反应器的外侧，所述控制开关镶嵌在臭氧发生器的外壁上。相对于柱状臭氧反应器，该反应器具有占地面积大、维护操作困难等缺点。
技术实现思路
鉴于现有臭氧反应器存在的不足，本技术的目的在于通过对臭氧反应器内部结构进行改造(如设置导流筒、增加搅拌装置)，以提高臭氧停留时间；同时，将臭氧与负载了“活性炭+纳米铁(纳米零价铁与纳米氧化铁的混合物)”的催化填料进行联用，提高臭氧利用率，本技术提供了一种新型、高效臭氧催化氧化搅拌式反应器及污水处理方法。本技术通过以下技术方案来实现：一种新型、高效臭氧催化氧化搅拌式反应器，所述臭氧反应器由下而上分为两级：第一级反应区包括曝气装置和导流筒；第二级反应区包括承托层、催化填料和搅拌装置；其中，臭氧发生器(1)产生的臭氧经气体流量计(2)调节气速后进行该臭氧催化氧化搅拌式反应器(4)中；在第一级反应区内，曝气装置(3)位于臭氧反应器底部，优选为微气泡曝气装置，臭氧反应器底部采用曝气装置(3)进行曝气，污水如有机化工废水经流量泵(5)和阀门(6)进入反应器(4)，气、液在此处进行预混合，然后经导流筒(7)进行充分混合及内循环，延长气、液接触反应时间；在第二级反应区内，臭氧和废水经位于第一级反应区上部的承托层(8)进入填充了催化填料(9)的反应区；同时，位于反应器顶部的电动装置(11)带动三级搅拌器(10)使臭氧、废水和催化填料充分混合，深度接触催化氧化，排气，排废水。优选所述废水经两级接触氧化后从位于反应器上部的从出水口(13)进入后续工艺中；废气进入位于反应器上部的尾气处理装置(12)进行处理。优选反应过程中可从设置于第一级反应区和第二级反应区采样口(14)进行取样进行相关检测。同时，该反应器中气、液混合状态可适时从设置于第一级反应区的观察口(15)进行观察。本技术提供了一种使用前述新型、高效臭氧催化氧化搅拌式反应器的污水(如化工废水)处理方法，包括以下步骤：臭氧发生器产生的臭氧经气体流量计进入反应器，优选反应柱，反应器底部设置微气泡曝气装置，反应一开始即启动微气泡曝气，臭氧气泡呈雾状，增大了臭氧气泡与污染物的有效接触面积；开始曝气时，大部分臭氧气体进入导流筒，导流筒内的气速大于其四周气速，这样就造成中间的流体密度变小，形成密度差、压力差，从而使气、液流出导流筒时向四周、向下扩散，气、液流动方向；在该级反应区，臭氧和废水经导流筒作用形成内循环扰流，接触氧化反应时间延长，污染物得到充分降解或矿化；臭氧和废水经位于第一级反应区上部的承托层进入第二级反应区填充了催化填料的反应区；同时，位于反应器顶部的电动装置带动三级搅拌器使臭氧、废水和催化填料充分混合，深度接触催化氧化，排气，排废水。优选微气泡出气速度范围为0.5～1.0L/min。优选如图1箭头所示，气、液流动方向一致，均为先从导流筒底部向上流动，然后向外、向下流动形成循环。最大可能的使接触氧化反应时间延长，污染物得到充分降解或矿化。优选大部分臭氧气体进入导流筒后，环隙比为0.8～1.0，控制该参数一方面可保证大部分经微气泡曝气的臭氧进入导流筒内部；另一方面使导流筒形成足够的压力差，便于形成气、液混合内循环。臭氧和废水经承托层进入填充了催化填料的反应区，该催化填料为“活性炭+纳米铁(纳米零价铁与纳米氧化铁的混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种臭氧催化氧化搅拌式反应器，其特征在于，所述反应器由下而上分为两级：第一级反应区包括曝气装置和导流筒；第二级反应区包括承托层、催化填料和搅拌装置；其中，臭氧发生器(1)产生的臭氧经气体流量计(2)调节气速后进行该臭氧催化氧化搅拌式反应器(4)中；在第一级反应区内，曝气装置(3)位于反应器底部，为微气泡曝气装置，反应器底部采用曝气装置(3)进行曝气，有机化工废水经流量泵(5)和阀门(6)进入反应器(4)，气、液在此处进行预混合，然后经导流筒(7)进行充分混合及内循环，延长气、液接触反应时间；在第二级反应区内，臭氧和废水经位于第一级反应区上部的承托层(8)进入填充了催化填料(9)的反应区；同时，位于反应器顶部的电动装置(11)带动三级搅拌器(10)使臭氧、废水和催化填料充分混合，深度接触催化氧化，排气，排废水。

【技术特征摘要】
1.一种臭氧催化氧化搅拌式反应器，其特征在于，所述反应器由下而上分为两级：第一级反应区包括曝气装置和导流筒；第二级反应区包括承托层、催化填料和搅拌装置；其中，臭氧发生器(1)产生的臭氧经气体流量计(2)调节气速后进行该臭氧催化氧化搅拌式反应器(4)中；在第一级反应区内，曝气装置(3)位于反应器底部，为微气泡曝气装置，反应器底部采用曝气装置(3)进行曝气，有机化工废水经流量泵(5)和阀门(6)进入反应器(4)，气、液在此处进行预混合，然后经导流筒(7)进行充分混合及内循环，延长气、液接触反应时间；在第二级反应区内，臭氧和废水经位于第一级反应区上部的承托层(8)进入填充了催化填料(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏杰，董文艺，韩琦，李函博，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：新型
国别省市：广东,44