一种新型臭氧催化氧化反应器的制作方法

1.本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种新型臭氧催化氧化反应器。


背景技术：

2.近年来，伴随着工业经济的发展，工业企业生产所排放的污水量越来越大，工业污水的处理难度也越来越高，特别是化工产品生产过程中排放的大多都是结构复杂、有毒有害和生物难以降解的有机物污染物质，给污水处理系统带来了沉重的负担，高难度工业废水的处理一直是污水处理领域的重点和难点，在愈发严格的环保制度和标准的要求下，各种高难度废水的处理工艺和方法层出不穷。
3.目前对于高难废水的处理方法是先经过预处理降解部分有机物，对废水中的长链、大环有机物开环断链，提高废水可生化性，然后进入生化处理系统通过较低的成本处理大部分有机物、氨氮等，但是此类废水经过这两种工艺处理难以达到排放指标，需经过深度处理才能达到排放要求。
4.污水深度处理，也称高级处理或三级处理。它是将二级处理出水再进一步进行物理、化学和生物处理，以便有效去除污水中各种不同性质的杂质，从而满足用户对水质的使用要求。深度处理常见的方法主要有活性炭吸附法、离子交换法、膜分离法、湿式氧化法、超临界湿式氧化法、电催化氧化法、辐射法、臭氧氧化法等，其中臭氧氧化法以高效率低成本的优势应用范围较广，常与曝气生物滤池连用，以取得更好的运行效果。
5.臭氧具有极强的氧化性，在水中的氧化还原电位2.07v，仅次于氟而居第二位。臭氧氧化技术是利用臭氧在水中被氧化分解后产生羟基自由基，与有机物反应，降解污水有机物，提高出水可生化性，并对脱色、除臭有显著效果。
6.臭氧氧化有机物的方法包括了臭氧直接氧化和臭氧催化氧化，臭氧直接氧化速度缓慢且有明显选择性，而臭氧催化氧化则是利用臭氧在催化剂的作用下被分解产生羟基自由基来处理污染物，反应速率快而且没有选择性，但是臭氧在催化氧化反应过程中，还存在催化剂流失的问题，且臭氧不能与催化剂充分接触，使得臭氧的利用率低。
7.因此，本技术针对臭氧催化氧化的特点和不足，开发出一种新型的臭氧催化氧化反应器，旨在提高臭氧催化氧化的效率，提高臭氧利用率。


技术实现要素：

8.本发明的主要目的在于为解决现有技术的不足，而提供一种新型臭氧催化氧化反应器。
9.本发明的目的是以下述技术方案实现的：
10.一种新型臭氧催化氧化反应器，所述反应器的底部设有污水进口，顶部设有出水口和气体收集装置；所述反应器的内部，沿所述污水进口至所述出水口、所述气体收集装置的路径上，依次设有布水器、砂滤层、微孔曝气装置、催化反应层和活性炭过滤层；
11.所述布水器用于使污水均匀流向所述砂滤层；所述砂滤层内填充有多孔砂砾，用
于对污水进行过滤以去除大颗粒杂质；所述微孔曝气装置用于接受臭氧气体并使臭氧气体转化为均匀分布的微气泡，以使产生的所述微气泡溶解于污水中能够直接氧化污水中的有机污染物；所述催化反应层内填充有催化填料，用于进一步催化臭氧和污水中的有机物反应；所述活性炭过滤层内填充有活性炭，用于对污水进一步过滤以去除残存的杂质；
12.所述反应器的外部设有干燥装置，所述干燥装置的进口端、出口端分别与所述气体收集装置、所述微孔曝气装置连接，用于对用后的臭氧气体干燥以使其能够回用至所述反应器内。
13.优选的，所述多孔砂砾的直径为1～3mm，所述活性炭的孔径为1～10mm；
14.所述微气泡的直径为50～100um。
15.优选的，所述反应器的外部设有臭氧发生器，所述臭氧发生器与所述微孔曝气装置连接，用于向所述微孔曝气装置输送臭氧。
16.优选的，所述砂滤层的进水端和出水端均设有压力计，用于监测所述砂滤层进水和出水压力。
17.优选的，所述反应器的内部在所述活性炭过滤层的上方还设有反冲洗装置，所述反应器的底部设有反冲洗水出口，所述反冲洗装置用于对所述活性炭过滤层、所述催化反应层和所述砂滤层进行冲洗。
18.优选的，所述反冲洗装置为水气混合冲洗装置。
19.优选的，所述反冲洗装置包括均匀分布于所述反应器顶部的反冲洗喷头，所述反冲洗喷头连接有压缩机和冲洗水管。
20.优选的，所述反应器内设有气压计，用于检测所述反应器内压力；
21.所述气压计连接有风机，所述风机用于根据所述气压计检测得到的压力值调节所述反应器内的压力至设定阈值。
22.优选的，所述砂滤层、所述催化反应层和所述活性炭过滤层内设有网箱，所述多孔砂砾、所述催化填料和所述活性碳分别位于相应的所述网箱内；所述反应器侧壁设有供所述网箱进出的开口。
23.优选的，所述催化填料为多孔介质与臭氧催化剂的混合物；
24.所述多孔介质为选自活性炭、多孔石英砂、砖渣、钢渣或陶粒中的一种或多种组合；
25.所述臭氧催化剂为氧化铝。
26.本发明与现有技术相比，具有如下优点：
27.1、采取从下往上的臭氧曝气方法，臭氧曝气贯穿于整个反应器，微气泡增加臭氧溶解度，增加臭氧直接氧化处理污染物的效率，另外还设有气体收集装置和干燥装置对用后臭氧进行收集处理然后回用，增加臭氧利用率。
28.2、催化反应层，采用催化氧化的方法产生羟基自由基有效分解污染物；另外，反应器采取砂滤+活性炭过滤的物理方法对污水进行预处理和保障处理，配合催化剂反应，可高效处理污水。
29.3、整个反应器一体化设计，结构紧凑，占地面积小。
附图说明
30.图1为本发明提供的新型臭氧催化氧化反应器结构示意图；
31.其中，101
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污水进口、102
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布水器、103
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砂滤层、104
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臭氧发生器、105
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微孔曝气装置、106
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催化反应层、107
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活性炭过滤层、108
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干燥装置、109
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反冲洗喷头、110
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压缩机、111
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出水口、112
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反冲洗出水口、113
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气体收集装置。
具体实施方式
32.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
33.如图1所示，本发明提供的新型臭氧催化氧化反应器，在其底部设有污水进口101，顶部设有出水口111和气体收集装置113；在反应器的内部，沿污水进口至出水口、气体收集装置的路径上，依次设有布水器102、砂滤层103、微孔曝气装置105、催化反应层106和活性炭过滤层107。
34.布水器102均匀分布于反应器最底部，用于使污水均匀流向砂滤层103；砂滤层103内填充有多孔砂砾，用于对污水进行过滤以去除大颗粒杂质；微孔曝气装置105设有臭氧进口，用于接受臭氧气体并使臭氧气体转化为均匀分布的微气泡，以使产生的微气泡有效溶解于污水中能够直接氧化污水中的有机污染物；催化反应层106内填充有催化填料，用于进一步有效催化臭氧和污水中的有机物反应；活性炭过滤层107内填充有活性炭，用于对污水进一步过滤以去除残存的杂质。
35.污水从反应器底部污水进口101进入，通过布水器102均匀流向砂滤层103，砂滤层内含有的多孔砂砾可首先将污水进行过滤去除大颗粒物质，防止大颗粒物质堵塞后续反应装置，经过砂滤层过滤的污水流向微孔曝气装置105，微孔爆气装置接受经过除湿、除尘等净化处理的臭氧气体并将其转化为均匀分布的臭氧微气泡，均匀分布的臭氧微气泡能够有效溶解在污水中，一部分直接氧化水中的污染物，另一部分在后续催化反应层的作用下产生羟基自由基，高效分解污水中的有机污染物。催化反应层106是反应器的主要反应设备，高度占整个反应器高度的二分之一，内设催化填料，可有效快速催化臭氧与污水中的有机物反应，去除污水中的有机物。在此阶段，污水中的有机物基本被降解完全，但是仍可能残存有部分杂质，因此在催化反应层上方设置的活性炭过滤层107可进一步对污水进行过滤，去除可能残存的杂质，保证污水净化彻底，符合排放标准，经过出水口111直接外排。
36.反应器的外部设有干燥装置108，干燥装置的进口端、出口端分别与气体收集装置113、微孔曝气装置105连接，用于对用后的臭氧气体干燥以使其能够回用至反应器内。
37.本发明提供的反应器，从下往上的缓慢进水方式能够保证臭氧足够的溶解和反应时间，提高臭氧利用率，减少损耗，另外，采取砂滤+活性炭过滤的物理方法对污水进行预处理和保障处理，配合催化剂反应，可高效处理污水，部分未有效利用的臭氧通过反应器顶部的臭氧气体收集装置收集起来，重新输送到干燥装置108干燥后回用，减少气体损耗。
38.优选的，反应器的外部设有臭氧发生器104，臭氧发生器104与微孔曝气装置连接，用于向微孔曝气装置输送臭氧。
39.优选的，多孔砂砾的直径为1～3mm，活性炭的孔径为1～10mm，适宜孔径的多孔砂砾和活性炭可对污水中的大颗粒杂质尽可能去除，同时又兼顾过滤效率；微气泡大小与臭
氧气体含率、气泡流动速度、溶解性等均有影响，为了获得理想的效果，优选微气泡的直径为50～100um。
40.优选的，砂滤层103的进水端和出水端均设有压力计，用于监测砂滤层进水和出水压力，以判断堵塞程度，方便及时更换多孔砂砾。
41.优选的，反应器的内部在活性炭过滤层的上方还设有反冲洗装置，反应器的底部设有反冲洗水出口112，反冲洗装置用于对活性炭过滤层、催化反应层和砂滤层进行冲洗，将不溶悬浮物从反应器装置中分离出来，反冲洗出水经反冲洗出水口112排出反应器，实现反应器的再生。
42.优选的，反冲洗装置为水气混合冲洗装置，采用水气混合可增强仅采用水力或仅采用气力的反冲洗效果。
43.进一步的，反冲洗装置包括均匀分布于反应器顶部的反冲洗喷头109，反冲洗喷头连接有压缩机110和冲洗水管，分别向反冲洗喷头输送压缩高压气体以及反冲洗用水，需要反冲洗时，打开反冲洗喷头，将压缩气体混合清水自上而下通入反应器，依次通过活性炭过滤层107、催化反应层106和砂滤层103，将不溶悬浮物从反应器装置中分离出来。
44.优选的，反应器内设有气压计，用于检测反应器内压力；气压计连接有风机，风机可根据气压计检测得到的压力值调节反应器内的压力至设定阈值。
45.优选的，砂滤层、催化反应层和活性炭过滤层内设有网箱，多孔砂砾、催化填料和活性碳分别位于相应的网箱内；反应器侧壁设有供网箱进出的开口。对于长时间使用所积累的难以反冲洗的杂质，可以利用反应器侧面开口，将网箱拆卸，更换滤砂、催化填料和活性炭，实现反应器的再生。
46.优选的，催化填料为多孔介质与臭氧催化剂的混合物。
47.多孔介质为选自活性炭、多孔石英砂、砖渣、钢渣或陶粒中的一种或多种组合；进一步优选采用活性炭，多孔石英砂、砖渣、钢渣或陶粒可作为备选填料；臭氧催化剂为氧化铝。
48.活性炭和氧化铝混合填料比表面积大，对臭氧和有机物具有极强的吸附能力，能够加速反应速率，同时不含重金属等有害成分，达到使用寿命后可回收再生，重复使用，无废物排放。该催化填料抗磨及抗压强度高，成本低，方便实际应用。
49.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
50.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。