一种臭氧协同微量双氧水催化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种臭氧协同微量双氧水催化装置及方法，包括：进水口、进气管、气液缓冲区、与气液缓冲区相连的微孔曝气区、与微孔曝气区相连的催化反应区和与催化反应区相连通的尾气吸收区以及出水管；所述进气管包括与气液缓冲区连接的主进气管和由装置外向催化反应区内延伸的增压进气管，所述增压进气管上还设有封闭的加样管，所述加样管与增压进气管之间的角度α小于90度；所述的催化反应区中间设置与增压进气管配合的导流筒；所述微孔曝气区设置微米孔道曝气板。本发明专利技术的加样管与增压进气管之间的角度设置，能够有助于臭氧与双氧水的充分混合，有效提高臭氧与双氧水协同催化处理效率。

A catalytic device and method of ozone cooperating with trace hydrogen peroxide

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧协同微量双氧水催化装置及方法
本专利技术属于环保领域，更具体地说，涉及一种臭氧协同微量双氧水催化装置及方法。
技术介绍
臭氧是一种高效的强氧化剂，因反应具有广谱性且反应过程温和，在废水处理领域有较为广泛的应用。臭氧催化氧化技术作为高级氧化技术之一，能够极大地降低臭氧氧化过程的选择性，提高了污水处理效率和臭氧的利用率，在难降解废水深度降解领域具有很广泛的运用。催化臭氧氧化是利用臭氧在催化剂作用下产生更多的有强氧化能力的中间产物如羟基自由基氧化分解水中有机污染物，这些中间产物氧化能力极强，反应无选择性，能快速氧化分解臭氧无法氧化的高稳定性、难降解的有机物，该技术是近年来发展起来的新型臭氧氧化方法。为提高废水中的难降解有机物的去除率，近年来的研究逐渐转向臭氧与双氧水协同催化体系。催化剂与臭氧构成催化氧化体系，促进臭氧分解羟基自由基，其中加入双氧水作为引发剂，与臭氧构成催化氧化体系，能够促进臭氧分解羟基自由基；同时，作为氧化剂，双氧水在加入反应体系后，如由于催化剂中的活性金属位点与氧化铝形成的(Mn+-Al)π键具有极强的吸电子能力，易产生与芬顿类似的反应体系从而构成非均相类Fenton氧化体系，进一步促进双氧水分解生成羟基自由基。对废水进行强催化氧化处理，对于废水中的高稳定性、难降解的有机物有良好的去除效果。中国专利公开号CN106882866A的现有技术公开了一种双氧水协同臭氧非均相催化氧化处理废水的方法，方法包括以下步骤：a、将废水加入到反应器中，加入负载型臭氧催化氧化非均相催化剂后，加入双氧水溶液混合；b、将臭氧通过反应器底部的微孔钛板以微气泡形式均匀通入反应器中，进行处理废水反应。该专利技术公开的双氧水协同臭氧非均相催化氧化处理废水的方法产生更多的羟基自由基，对废水进行强催化氧化处理，对于废水中的高稳定性、难降解的有机物有良好的去除效果。该方法通过微孔钛板的设置，将臭氧通过反应器底部的微孔钛板以微气泡形式均匀通入反应器中，使得臭氧气体，双氧水、废水，催化剂三相充分接触，完成对废水的强催化氧化处理。中国专利公开号CN104192981A的现有技术公开了一种活性炭催化臭氧氧化装置及其污水处理工艺，该装置包括反应池，所述反应池内通过导流筒由内至外依次隔为升流反应区、降流反应区和分离区且三者的底部相连通作为活性炭存储区；所述升流反应区内设有臭氧和水的输入装置，升流反应区与降流反应区顶部相连通；在降流反应区和分离区的底部连通处设有环形的导流器，导流器底部至少一部分伸入活性炭存储区，导流器顶部处在分离区下方的部位带有倾斜设置的导流面。所述活性炭催化臭氧氧化装置能够使活性炭处于循环流化状态，增加了活性炭床的空隙率，提高了臭氧分子和有机污染物在活性炭表面发生催化反应的效果，从而增强了活性炭催化臭氧氧化的能力，提高了臭氧利用率，提高了去污效果。以负载金属的催化剂作为高效的臭氧催化剂，其反应过程属于“气-液-固”三相混合反应过程，反应过程较为复杂，气-液-固三相的有效接触可以改善传质速率，提高臭氧反应效率，能将臭氧氧化性、催化剂的吸附性能和催化降解性能有效的结合起来。当前对于臭氧催化反应的研究大多还是集中在对于催化剂的制备和改良，对于反应器装置本身的研究还远远不够，当前臭氧反应器存在催化效率较低，臭氧利用低下、催化剂难以重复利用等问题，是制约臭氧催化氧化进一步发展的因素。
技术实现思路
1.要解决的问题针对提高现有臭氧与双氧水协同催化效率的问题，本专利技术提供一种臭氧协同微量双氧水催化装置及方法，该装置能够有效提高臭氧与双氧水的混合效率，进一步提高催化效率。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种臭氧协同微量双氧水催化装置，包括：进水口、进气管、气液缓冲区、与气液缓冲区相连的微孔曝气区、与微孔曝气区相连的催化反应区，与催化反应区相连通的尾气吸收区以及出水管；所述进气管包括与气液缓冲区连接的主进气管和由装置外向催化反应区内延伸的增压进气管，所述增压进气管上还设有封闭的加样管，所述加样管与增压进气管之间的角度α小于90度；所述的催化反应区中间设置与增压进气管配合的导流筒；所述微孔曝气区设置微米孔道曝气板。进气管包括主进气管与增压进气管，使臭氧通过两种途径、以两种形式进入，即同时以微气泡形式从催化反应区下部进入催化反应区和以增压气流形式从催化反应区的内部进入的方式，并通过导流筒与增压进气管进气压力的配合，使催化剂和气水充分混合均匀；同时，在增压进气管上设置加样管，能够使加入的双氧水在增压进气管中气体形成的负压下更易进入催化反应区，并在气流带动下充分与催化反应区内的气、液、固三相混合，提高协同催化效率。除了上述连续式进出水方式之外，还可以采用序批式进出水。优选地，所述加样管与增压进气管之间的角度30°≤α≤60°。由于增压进气管中气体压力较大，加样管与增压进气管之间设置的角度会直接影响双氧水与臭氧混合的效率，在30°～60°角度范围内，能够使双氧水在负压的作用下迅速与臭氧充分混合，提高协同催化效率。优选地，所述增压进气管的末端与加样管位于同一直线上。该条件下，加入的双氧水在气、液、固三相中混合更加充分。优选地，所述主进气管与增压进气管的进气压力比满足：(5～50):1。主进气管压力与增压进气管压力在此比值范围内时，催化反应区的催化剂在下部微孔气流和上部增压管气流的作用下，沿导流筒内壁向上运动，至导流筒上端后再下降后，能够使从加样口加入的双氧水在臭氧气流带动下与催化剂混合更充分，提高催化效率。优选地，所述微米孔道曝气板的孔道尺寸沿外周至中心的径向逐渐减小，与所述导流筒和增压进气管配合形成上升区、下降区、平流Ⅰ区和平流Ⅱ区。该微米孔道曝气板设置，使平流区形成平流Ⅰ区和平流Ⅱ区，微米孔道曝气板外周(大孔)上方的平流Ⅰ区气流大于微米孔道曝气板中心区域(小孔)的平流Ⅱ区气流，与导流筒配合使用时，平流Ⅱ区的催化剂在增压进气管气流作用下沿导流筒进入上升区，再经下降区落入平流Ⅰ区后更易进入平流Ⅱ区，再由平流Ⅱ区进入上升区，使气液固三相有效循环。优选地，所述微米孔道曝气板的孔道尺寸为从外周至中心线性减小或阶梯式减小。优选地，所述微米孔道曝气板的孔道尺寸为20～500μm。该孔道尺寸设置能够在对流气流中形成大小不一的气泡，引起气泡周围空间气压的不对称平衡，从而实现气流在导流筒内部在一定的形式下特定的气流轨道，从而实现催化剂及气液的回流状态。优选地，根据催化剂装填高度、增压进气管的气体压力及主进气管气体压力，调节所述导流筒在催化反应区的高度及微米孔道曝气板的孔径减小模式，使催化剂由所述平流区中的平流Ⅰ区向平流Ⅱ区流动。优选地，所述导流筒下端距离微米孔道曝气板的高度h1，增压进气管下端距离微米孔道曝气板的高度h2与催化反应区装填催化剂的高度h的关系为：h2:h＝1:(0.5～4)，h1:h＝1:(0.6～8)。优选地，所述导流筒体积与催化反应区体积比为1:(4～8)，所述导流筒的直径为所述催化反应区直径的1/4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种臭氧协同微量双氧水催化装置，其特征在于，包括：进气管(200)、气液缓冲区(300)、与气液缓冲区(300)相连的微孔曝气区(400)、与微孔曝气区(400)相连的催化反应区(500)；所述进气管(200)包括与气液缓冲区(300)连接的主进气管(210)和由装置外向催化反应区(500)内延伸的增压进气管(220)，所述增压进气管(220)上设有封闭的加样管(230)，所述加样管(230)与增压进气管(220)之间的角度α小于90度；所述催化反应区(500)中间设置与增压进气管(220)配合的导流筒(510)；所述微孔曝气区(400)设置微米孔道曝气板(410)。/n

【技术特征摘要】
1.一种臭氧协同微量双氧水催化装置，其特征在于，包括：进气管(200)、气液缓冲区(300)、与气液缓冲区(300)相连的微孔曝气区(400)、与微孔曝气区(400)相连的催化反应区(500)；所述进气管(200)包括与气液缓冲区(300)连接的主进气管(210)和由装置外向催化反应区(500)内延伸的增压进气管(220)，所述增压进气管(220)上设有封闭的加样管(230)，所述加样管(230)与增压进气管(220)之间的角度α小于90度；所述催化反应区(500)中间设置与增压进气管(220)配合的导流筒(510)；所述微孔曝气区(400)设置微米孔道曝气板(410)。


2.根据权利要求1所述的臭氧协同微量双氧水催化装置，其特征在于，所述加样管(230)与增压进气管(220)之间的角度30°≤α≤60°。


3.根据权利要求2所述的臭氧协同微量双氧水催化装置，其特征在于，所述增压进气管(220)的末端与加样管(230)位于同一直线上。


4.根据权利要求1所述的臭氧协同微量双氧水催化装置，其特征在于，所述主进气管(210)与增压进气管(220)的进气压力比为(5～50):1。


5.根据权利要求1所述的臭氧协同微量双氧水催化装置，其特征在于，所述微米孔道曝气板(410)的孔道尺寸沿外周至中心的径向逐渐减小，并与所述导流筒(510)和增压进气管(220)配合形成上升区(530)、下降区(540)、平流Ⅰ区(551)和平流Ⅱ区(552)。


6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张威，卞为林，王林刚，王津南，李爱民，
申请(专利权)人：南京大学盐城环保技术与工程研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32