一种催化臭氧氧化的铁基催化剂单元化填料的制作方法

本发明涉及水污染控制领域，具体涉及一种催化臭氧氧化的铁基催化剂单元化填料。

背景技术：

随着工业废水排放要求的提高，深度处理工艺大量上马，其中采用催化臭氧氧化工艺的厂家越来越多。催化臭氧的关键是其催化剂，铁基催化剂因其催化效果好、价格低、不产生重金属污染而受到重视。催化臭氧氧化过程，涉及气、固、液三相界面传质，应符合化工原理的要求；但与一般化工传质设备和反应器有所不同，工业废水处理中反应器更大（甚至达数万m³），催化剂填料需要量极大。因此，易于大量生产、传质效果好、特别是能与催化剂性质关联的填料形态，在工程中特别受到关注。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种催化臭氧氧化的铁基催化剂单元化填料。

本发明以催化臭氧的催化剂材料制备成填料，就反应过程要求而言，与化工传质过程的填料并无不同，主要有：比表面积大、空隙率大，几何形状易于造成多相流体在其内部的错流、紊流，以促进多相界面的传质和化学反应。目前常见的填料形状有：拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍形和矩鞍形填料、波纹填料等。

本发明提出的催化臭氧氧化的铁基催化剂单元化填料，将钢材在刨床上刨成刨花状，或直接使用刨花状铁屑，然后对其进行表面改性，将改性后的材料通过机械压缩，制成单元化填料；所述单元化填料形态为半成品形态和成品形态；比表面积为820m²/m³至5700m²/m³，空隙率为：91.0%至98.7%。

本发明中，所述半成品形态为柱状或方块状，无外包装。

本发明中，所述成品形态是在方块状半成品形态的基础上设置外包装，所述外包装由塑料档板、筛板和型钢外篐组成，方块状单元化填料的四周设置塑料档板，底部设置筛板，相邻的塑料档板之间、塑料档板与筛板之间采用型钢外篐连接，型钢外篐同时起到结构力学支撑作用。

本发明中，所述外篐型钢为槽钢、角钢或扁钢中任一种。

本发明中，所述筛板的开孔率> 45%。

本发明提出的催化臭氧氧化的铁基催化剂单元化填料用于催化臭氧氧化反应中，所述成品形态填料用于混凝土反应池内，混凝土反应池为折流式流型，反应段水流经单元化填料装置内部，自下而上流动。

本发明填料优点有：1、比表面积大：最大可达5700m²/m³，通常在2900m²/m³，大于800m²/m³，远超过一般填料；2、空隙率大：最大可达98.7，通常在95.5%，大于90%，也超过一般填料；3、造成错流效果好：因孔隙通道无规则，内部不易短流；4、机械强度大：如钢铁构件。此外，该填料易于加工制造，便于运输；可在现场组配安装，便于大型工程使用。

本发明的有益效果在于：（1）大幅度提高了工程应用中催化剂的催化效率：同样的催化材料，比制成拉西环填料，效率提高了300%以上。（2）大幅度降解了制造成本：比使用型材，成本降至40%以下。（3）便于施工安装。

附图说明：

图1为本发明单元化填料所使用原料铁屑的基本形状；

图2为本发明制备的半成品——柱状单元化填料块；

图3为本发明制备的半成品——块状单元化填料块；

图4为本发明制备成品——单元化填料装置的外框，（ａ）为主视图，(ｂ)为左视图，(ｃ)为俯视图，(ｄ)为筛板结构图示，

图中标号：1为型钢外篐，2为塑料档板，3为吊耳，4为筛板；

图5为钢结构的塔式反应器，（ａ）为主视图，(ｂ)为进水结构图，（ｃ）为筛板结构图示，(ｄ)为进气结构图示，

图中标号：5为进水，6为出气口，7为进气，8为出水口，4为筛板，9为柱状单元化填料块；

图6为折流式混凝土反应池，

图中标号：10为单元化填料装置，11为臭氧曝气扩散装置。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

为了配合单元化填料的使用，反应器必须有固定的流型和结构：1、气液错流的流型：因为臭氧气体气泡是上浮的，故水流应向下，以提高传质效率。当处理水量小时（一般小于5000m³/d），可使用钢结构填料塔：尾气出气口位于钢结构填料塔顶盖中间，进水位于钢结构填料塔上端；进气位于钢结构填料塔底部，出水口位于钢结构填料塔底端，见图5。当处理水量大时（一般大于5000m³/d），可使用混凝土结构反应池：废水流程为折流式，水流向下段安装填料，下部布置臭氧曝气扩散装置，如图6。

实施例1：堆积密度为700kg/m³柱状单元化填料块

(1) 选择特定型号钢材，刨成刨花状，尺寸为：厚0.05mm，宽3.0mm，长30 mm；或使用金属加工业产生的刨花状铁屑，筛选尺寸偏差不超过±50%的材料；经表面改性产生催化成份，通过油压机压缩，使之堆积密度在700kg/m³（±10%），形成半成品柱状单元化填料块（图2）。

(2) 反应器为填料塔（图5），安装上述单元化填料块，共六层。处理某工业园区生化出水，其COD去除率达到80%。对比填料为同种钢材的型材，做成拉西环，其壁厚2.0mm，外径20mm，高15mm；相同装配量下COD去除率仅为21%。

实施例2：堆积密度为700kg/m³单元化填料装置

(1) 采用实施例1所述的原材料，并经表面改性产生催化成份，通过油压机压缩，使之堆积密度在700kg/m³（±10%），形成半成品块状单元化填料块（图3），填装于制作的外框（图4），形成成品单元化填料装置。

(2) 在混凝土结构反应池中，加隔墙，形成折流式流程，水流向下段加单元化填料装置，共三层，池底部布置布气扩散装置，如图6。处理某工业园区生化出水，其COD去除率达到76%。对比填料为同种钢材的型材，做成拉西环，其壁厚2.0mm，外径20mm，高15mm；相同装配量下COD去除率仅为19%。

实施例3：堆积密度为350kg/m³柱状单元化填料块

(1) 选择特定型号钢材，刨成刨花状，尺寸为：厚0.10mm，宽10mm，长150mm；或使用金属加工业产生的刨花状铁屑，筛选尺寸偏差不超过±50%的材料；经表面改性产生催化成份，通过油压机压缩，使之堆积密度在350kg/m³（±10%），形成半成品柱状单元化填料块（图2）。

(2) 反应器为填料塔（图5），安装上述单元化填料块，共六层。处理某工业园区生化出水，其COD去除率达到80%。

实施例4：堆积密度为350kg/m³单元化填料装置

(1) 采用实施例3所述的原材料，并经表面改性产生催化成份，通过油压机压缩，使之堆积密度在350kg/m³（±10%），形成半成品块状单元化填料块（图3），填装于制作的外框（图4），形成成品单元化填料装置。

(2) 在混凝土结构反应池中，加隔墙，形成折流式流程，水流向下段加单元化填料装置，共三层，池底部布置布气扩散装置，如图6。处理某工业园区生化出水，其COD去除率达到75%。

实施例5：堆积密度为100kg/m³柱状单元化填料块

(1) 选择特定型号钢材，刨成刨花状，尺寸为：厚0.5mm，宽30mm，长600 mm；或使用金属加工业产生的刨花状铁屑，筛选尺寸偏差不超过±50%的材料；经表面改性产生催化成份，通过油压机压缩，使之堆积密度在100kg/m³（±10%），形成半成品柱状单元化填料块（图2）。

(2) 反应器为填料塔（图5），安装上述单元化填料块，共六层。处理某工业园区生化出水，其COD去除率达到45%。

实施例6：堆积密度为100kg/m³单元化填料装置

(1) 采用实施例5所述的原材料，并经表面改性产生催化成份，通过油压机压缩，使之堆积密度在100kg/m³（±10%），形成半成品块状单元化填料块（图3），填装于制作的外框（图4），形成成品单元化填料装置。

(2) 在混凝土结构反应池中，加隔墙，形成折流式流程，水流向下段加单元化填料装置，共三层，池底部布置布气扩散装置，如图6。处理某工业园区生化出水，其COD去除率达到43%。