自激催化反应水处理装置的制作方法

专利名称：自激催化反应水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用催化反应对水进行净化处理的技术领域，更具体地讲，涉及一种能够广泛用于投加化学药剂并利用催化反应对待处理水进行净化处理的装置。
背景技术：
传统的水处理催化(多相催化)方式，只是把催化作为“反应”过程中单纯的一个工艺阶段，而没有把“反应”中各种内在因素同时综合考虑。加上催化反应的选择性(非通用性、个性)特征，因而在“水处理”领域，多相催化反应一直停留在主工艺以外的消毒、杀菌等辅助工艺方面；而对各种废水的处理，仅停留在实验室阶段，没有能够深入和普及。目前主要的多相催化水处理方式主要有两类一类是从合成氨、硫酸生产装置中演变过来的“成床过滤型”，如图2所示；另一类是从制药、精细化工装置中演变过来的“搅拌接触型”，如图3所示。它们共同的优点是处理质量高、出水效果好等；它们的缺点是原水选择性窄，故障率高，投资费用大。

发明内容
针对现有技术存在的上述不足中的至少一项而提出本发明。本发明的目的之一在于提供一种能够广泛用于投加化学药剂并利用催化反应对待处理水进行净化处理的装置。本发明提供了一种自激催化反应水处理装置。所述水处理装置包括自激催化反应室、第一反应室、第二反应室、沉降室、喷嘴、喉管、连管、进水管，其中，所述第一反应室设置在所述第二反应室内，所述第二反应室设置在所述沉降室内，所述自激催化反应室设置在所述第一反应室的下方，所述喉管设置在所述自激催化反应室中，所述喷嘴将所述进水管与所述喉管连通并用于向所述喉管中喷入由所述进水管提供的待处理水，所述连管穿过所述沉降室的底部或侧壁将所述自激催化反应室的顶部与所述第一反应室的底部连通，所述第一反应室的上部具有与所述第二反应室连通的开口，所述第二反应室的底部设置有与所述沉降室连通的开口，所述自激催化反应室的下部铺设有催化剂。在本发明的一个示例性实施例中，所述喷嘴可以穿过所述第一反应室并设置在所述喉管的正上方。在本发明的一个示例性实施例中，所述喉管可沿竖直方向设置，并且所述喉管的伸入所述自激催化反应室的一端接近所述催化剂。在本发明的一个示例性实施例中，所述连管的数量可以为两个以上。在本发明的一个示例性实施例中，所述沉降室可呈上大下小的倒锥形。在本发明的一个示例性实施例中，所述水处理装置还可包括加药泵，所述加药泵通过管道与所述喉管连通。在本发明的一个示例性实施例中，所述水处理装置还可包括浓缩泥斗，所述浓缩泥斗与所述沉降室的侧壁的中部或下部连通。此外，所述水处理装置还可进一步包括排泥管道，所述排泥管道将所述浓缩泥斗与外界连通。在本发明的一个示例性实施例中，所述水处理装置还可包括集水槽和溢水管，所述集水槽设置在所述沉降室的上部并用于接纳从沉降室溢出的净化水，所述溢水管与所述集水槽连通以将所述集水槽中的净化水导出。在本发明的一个示例性实施例中，所述水处理装置还可包括催化剂排放管，所述催化剂排放管与所述自激催化反应室的下部连通。与现有技术相比，本发明的有益效果包括提供了一种能够广泛用于投加化学药剂并利用催化反应对待处理水进行净化处理的装置；且本发明的装置还具有催化剂装填数量少、催化剂利用效率高、催化剂选择性宽、待处理水限制少、处理效率高、故障率低、易维修等优点。


通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中图I示出了根据本发明自激催化反应水处理装置的一个示例性实施例的主视剖视图；图2示出了现有技术的成床过滤型催化装置的示意图；图3示出了现有技术的搅拌接触型催化装置的示意图。附图标记说明I-进水管、2-喷嘴、3-喉管、4-自激催化反应室、5-催化剂、6-连管、7-第一反应室、8-第二反应室、9-浓缩分离区、10-清液稳定区、11-集水槽、12-溢水管、13-加药泵、14-催化剂排放管、15-排泥管道、16-浓缩泥斗、17-筒罐、18-沉降室。
具体实施例方式在下文中，将结合不同的示例性实施例来详细说明本发明的自激催化反应水处理
>J-U ρ α装直。在本发明的一个示例性实施例中，自激催化反应水处理装置包括自激催化反应室、第一反应室、第二反应室、沉降室、喷嘴、喉管、连管、进水管，其中，所述第一反应室设置在所述第二反应室内，所述第二反应室设置在所述沉降室内，所述自激催化反应室设置在所述第一反应室的下方，所述喉管设置在所述自激催化反应室中，所述喷嘴将所述进水管与所述喉管连通并用于向所述喉管中喷入由所述进水管提供的待处理水，所述连管穿过所述沉降室的底部或侧壁将所述自激催化反应室的顶部与所述第一反应室的底部连通，所述第一反应室的上部具有与所述第二反应室连通的开口，所述第二反应室的底部设置有与所述沉降室连通的开口，所述自激催化反应室的下部铺设有催化剂。在使用时，待处理水流入进水管并经由喷嘴喷射到喉管中，然后进入自激催化反应室，进行初步反应；反应药剂可通过进水管和待处理水一起加入，也可通过其它方式加入到自激催化反应室中。在自激催化反应室中初步反应的水从自激催化反应室的上部通过连管向上流动并进入第一反应室，同时，催化剂可在第一反应室中沉积，最终通过连管流回自激催化反应室中；然后，在第一反应室中继续向上流动并通过第一反应室上部的开口进入第二反应室；接下来，从第二反应室的底部开口进入沉降室，并在沉降室中分离成位于下层的浓缩分离区和位于上层的清液稳定区。这里，水在第一反应室和第二反应室能够进一步与药剂发生净化反应。优选地，在本发明的另一个示例性实施例中，所述喷嘴可以穿过所述第一反应室并设置在所述喉管的正上方。此外，所述喉管可以沿竖直方向设置在自激催化反应室中，并且所述喉管的伸入所述自激催化反应室的一端接近或接触铺设在自激催化反应室底部的催化剂。优选地，在本发明的另一个示例性实施例中，所述连管的数量可以为两个以上。此夕卜，两个以上的连管中的任意两个连管的竖直方向剖视图可呈“八”字形。优选地，在本发明的另一个示例性实施例中，所述沉降室呈上大下小的倒锥形。倒 锥形的沉降室能够便于收集沉降室的浓缩分离区得到的浓缩泥。优选地，在本发明的另一个示例性实施例中，所述水处理装置还包括加药泵，所述加药泵通过管道与所述喉管连通。然而，本发明不限于此，例如，药剂也可直接加入自激催
化反应室。优选地，在本发明的另一个示例性实施例中，所述水处理装置还可以包括浓缩泥斗，所述浓缩泥斗与所述沉降室的侧壁的中部或下部连通。此外，所述水处理装置还可以进一步包括排泥管道，所述排泥管道将所述浓缩泥斗与外界连通。优选地，在本发明的另一个示例性实施例中，所述水处理装置还可以包括集水槽和溢水管，所述集水槽设置在所述沉降室的上部并用于接纳从沉降室溢出的净化水，所述溢水管与所述集水槽连通以将所述集水槽中的净化水导出。优选地，在本发明的另一个示例性实施例中，所述水处理装置还可以包括催化剂排放管，所述催化剂排放管与所述自激催化反应室的下部连通。下面将结合附图来详细说明本发明的一个示例性实施例。图I示出了根据本发明自激催化反应水处理装置的一个示例性实施例的主视剖视图。如图I所示，在本示例性实施例中，自激催化反应水处理装置包括进水管I、喷嘴
2、喉管3、自激催化反应室4、催化剂5、连管6、第一反应室7、第二反应室8、浓缩分离区9、清液稳定区10、集水槽11、溢水管12、加药泵13、催化剂排放管14、排泥管道15、浓缩泥斗16、筒罐17、沉降室18。其中,第一反应室7设置在第二反应室8内，第二反应室8设置在沉降室18内，并且第一反应室7、第二反应室8和沉降室18同轴地设置。自激催化反应室4设置在第一反应室7的下方，二者彼此独立。沉降室18呈上大下小的倒锥形。喉管3沿竖直方向设置在自激催化反应室4中。喷嘴2穿过第一反应室7并设置在喉管3的正上方，而且喷嘴2将进水管I与喉管3连通，以向喉管3中喷入由进水管I提供的待处理水。喉管3的下端接近铺设在自激催化反应室4底部的催化剂5。连管6穿过沉降室18的侧壁将自激催化反应室4的顶部与第一反应室7的底部连通，第一反应室7的上部具有与第二反应室8连通的开口，第二反应室8的底部设置有与沉降室18连通的开口，自激催化反应室4的下部铺设有催化剂5。连管的数量为两个，且两个连管的竖直方向剖视图呈“八”字形。催化剂的种类和铺设厚度可以根据工艺要求进行调整。例如，催化剂可以为非金属、过渡金属催化剂，其厚度可以为30 100mm，其粒径可以为Φ2 4毫米。加药泵13通过管道与喉管3连通。浓缩泥斗16与沉降室18的侧壁的中部连通。排泥管道15将浓缩泥斗16与外界连通。设置浓缩泥斗16能够方便收集沉降室18的浓缩分离区9中形成的浓缩泥。集水槽11设置在沉降室18的上部并用于接纳从沉降室18溢出的净化水，溢水管12与集水槽11连通以将集水槽11中的净化水导出。集水槽11能够方便收集清液稳定区10的净化水。催化剂排放管14与自激催化反应室4的下部连通。图I中的小箭头示意性地示出了自激催化水处理装置中的流体流动情况。·下面举例说明本实施例的自激催化水处理装置的使用方法和效果。在对一种废水进行处理之前，需先将自激催化水处理装置内原有的催化剂排掉，另外保存。催化剂可经由第一反应室7放入，以实现催化剂的装填。刚排放的钢铁冶炼废水COD为230mg/L，由进水管I经设备顶部进入喷嘴2、喉管3和自激催化反应室4，自激催化反应室内部存放30mm厚，粒径Φ2 4毫米过渡金属钒钛铁渣催化剂5，臭氧和凝聚剂由加药泵13同时进入喉管3。反应物由连管6进入第一反应室7，然后进入第二反应室8，最终进入沉降室18。沉降室18中形成浓缩分离区9和清液稳定区10。经测量，处理后的废水中的COD为64mg/L( < 100mg/L，符合《污水综合排放标准GB8978-1996))的规定)。本领域普通技术人员知道要让反应物发生化学反应，必须使其化学键发生改变。改变或者断裂化学键需要一定的能量支持，使化学键发生改变所需要的最低能量阈值称之为活化能，而催化剂通过降低化学反应物的活化能而使化学反应更易进行，且能够大大提高反应速率。而本发明的装置能够充分发挥催化剂的效用，提高对待处理水的净化处理效
果O本发明的自激催化反应水处理装置的有益效果主要体现在以下方面(I)提高了对催化剂的利用效率和选择性由于废水的种类千差万别，在实际过程又千变万化。一种催化剂只对某一类反应具有明显的加速作用，对其他反应则加速作用甚小，甚至没有加速作用。这一性能就是催化剂的选择性。催化剂的选择性决定了催化作用的定向性。本发明设计了一个“催化剂排放系统”，根据不同的净化对象，选用不同的催化剂种类，在反应室低部设置30 IOOmm厚的催化层。可通过选择不同的催化剂来控制或改变化学反应的方向，从而提高设备对催化剂的选择性。对于传统的多相“成床过滤型”和“搅拌接触型”催化方式而言，由于过滤阻力、维修量、流态、反应效率等方面的原因，其工作流速一般都不会超过15米/秒；然而，本发明的自激催化反应水处理装置的工作流速可达60米/秒，这是传统的4倍，提高了单位时间的产水能力。因此，本发明具有很高的工作效率。传统的多相“成床过滤型”催化方式在废水处理过程，与“床层”堵塞是相伴的，催化反应越强烈，反应效率越高，“床层”堵塞就越快，故障率就越高。维修非常困难，损失也相当巨大。而本发明明显降低了设备的故障率。
(2)优化了反应环境，提高了反应质量本发明在对现有的催化反应作了全面系统分析研究和大量废水处理工程实践的基础上，从反应学、反应动力学、催化学和对经典反应器的关键参数系统对比等不同角度，将反应过程内在的主要因素进行了系统的研究。本发明将“催化”作为反应中与其它方面有联系又有区别的一个重要因素，按照净化过程内在的不同特征，把这些因素合理地营造和安排在恰当的位置，巧妙地改变了传统的催化方式。形成了区别于传统方式的“自激催化反应水处理装置”。本发明通过采用下向流进水，用高能量的反应动力冲击底板(即自激催化反应室的底部)，在自激催化反应室底部进行连续猛烈的撞击，对废水杂质的电荷产生机械激化；被撞击的催化剂呈倒蘑菇状随水流沸腾。不仅能够增大反应物的浓度；同时，加强了净化对象、药、老熟泥之间的混合，提高了催化剂的比表面利用效率，进而提高了反应速度和反应 质量。例如，本发明的装置可将反应物浓度增大为6000 18000mg/L ;可将初始反应时间缩短为O. 4秒；可将初始反应能量提高至初始反应功率P为542kg · m/sm3 ;可合理配置进药时机，譬如，在反应前废水和药品同时进入；可激发电荷，G值在10 ΙΟΥ1之间；可增大催化剂比表面积；可巩固催化反应质量，譬如，各反应段的GT值均> IO4能级，在IO5 IO6范围内；可增大循环反应物浓度至8000 20000mg/L。(3)投资运行费用低，易维修本发明与传统的“成床过滤型”和“搅拌接触型”催化方式相比，催化剂装填数量少(是传统的1/30 50)，利用效率高，投资少；选择性宽，水质适应范围广；催化反应质量高，出水量大效率高；故障率低，设备结构简单，易维修。此外，本发明还可节省投资和运行(电耗、药耗)费用。尽管上面已经结合附图和示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
权利要求
1.一种自激催化反应水处理装置，其特征在于，所述水处理装置包括自激催化反应室、第一反应室、第二反应室、沉降室、喷嘴、喉管、连管、进水管，其中，所述第一反应室设置在所述第二反应室内，所述第二反应室设置在所述沉降室内，所述自激催化反应室设置在所述第一反应室的下方，所述喉管设置在所述自激催化反应室中，所述喷嘴将所述进水管与所述喉管连通并用于向所述喉管中 喷入由所述进水管提供的待处理水，所述连管穿过所述沉降室的底部或侧壁将所述自激催化反应室的顶部与所述第一反应室的底部连通，所述第一反应室的上部具有与所述第二反应室连通的开口，所述第二反应室的底部设置有与所述沉降室连通的开口，所述自激催化反应室的下部铺设有催化剂。
2.根据权利要求I所述的自激催化反应水处理装置，其特征在于，所述喷嘴穿过所述第一反应室并设置在所述喉管的正上方。
3.根据权利要求I所述的自激催化反应水处理装置，其特征在于，所述喉管沿竖直方向设置，并且所述喉管的伸入所述自激催化反应室的一端接近所述催化剂。
4.根据权利要求I所述的自激催化反应水处理装置，其特征在于，所述连管的数量为两个以上。
5.根据权利要求I所述的自激催化反应水处理装置，其特征在于，所述沉降室呈上大下小的倒锥形。
6.根据权利要求I至5中任意一项所述的自激催化反应水处理装置，其特征在于，所述水处理装置还包括加药泵，所述加药泵通过管道与所述喉管连通。
7.根据权利要求I至5中任意一项所述的自激催化反应水处理装置，其特征在于，所述水处理装置还包括浓缩泥斗，所述浓缩泥斗与所述沉降室的侧壁的中部或下部连通。
8.根据权利要求7所述的自激催化反应水处理装置，其特征在于，所述水处理装置还包括排泥管道，所述排泥管道将所述浓缩泥斗与外界连通。
9.根据权利要求I至5中任意一项所述的自激催化反应水处理装置，其特征在于，所述水处理装置还包括集水槽和溢水管，所述集水槽设置在所述沉降室的上部并用于接纳从沉降室溢出的净化水，所述溢水管与所述集水槽连通以将所述集水槽中的净化水导出。
10.根据权利要求I至5中任意一项所述的自激催化反应水处理装置，其特征在于，所述水处理装置还包括催化剂排放管，所述催化剂排放管与所述自激催化反应室的下部连通。
全文摘要
本发明提供了一种自激催化反应水处理装置。所述装置包括自激催化反应室、第一反应室、第二反应室、沉降室、喷嘴、喉管、连管、进水管，其中，第一反应室设置在第二反应室内，第二反应室设置在沉降室内，自激催化反应室设置在第一反应室的下方，喉管设置在自激催化反应室中，喷嘴将进水管与喉管连通，连管穿过沉降室的底部或侧壁将自激催化反应室的顶部与第一反应室的底部连通，第一反应室的上部具有与第二反应室连通的开口，第二反应室的底部设置有与沉降室连通的开口，自激催化反应室的下部铺设催化剂。本发明具有催化剂装填数量少、催化剂利用效率高、催化剂选择性宽、待处理水限制少、处理效率高、故障率低、易维修等优点。
文档编号C02F9/04GK102838231SQ20121030906
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者彭建军, 胡宗华, 高敏, 胡练伟 申请人:攀钢集团工程技术有限公司, 攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司