一种净化废水的方法与流程

本申请为申请号为201711096677x、申请日为2017年11月9日、发明名称为“一种净化废水的催化氧化反应器及其净化方法”的分案申请。

本发明涉及一种净化废水的方法，特别适用于含甲醇废水的净化。

背景技术：

甲醇是重要的化工产品与原料，资源丰富，也是未来的重要能源之一。但甲醇对微生物、水生生物和人体均有毒性，其作为一种有机污染物也广泛存在于基本有机合成、塑料、人造纤维、制药、离子交换树脂、石油化工、林业化工及硫酸盐纸浆等生产废水中。

目前，对于甲醇废水的处理主要有物理、化学处理方法和生物处理方法。其中，化学处理方法具有流程简单、处理废水浓度区间范围宽、处理量大、处理时间短等特点，使其在实际工业应用中得到了广泛应用。采用化学法处理甲醇废水可选用的化学氧化剂有臭氧、氯系氧化剂等。用臭氧处理甲醇废水时，中间产物是甲醛，最终产物是co2。质量浓度为5000mg/l的甲醇废水经一步催化氧化过程后，其脱除率可以达到80％以上。

但如何进一步提升催化氧化处理废水技术的效率，就成为了催化氧化技术广泛应用与废水治理领域的瓶颈之一。为满足日益增长的废水治理需求，针对化学方法处理高浓度废水，本领域技术人员一般会不断改进催化氧化催化剂的性能，同时催化氧化反应器的设计更倾向于一体化集成设计，如何通过优化体系的物流和能流分配，使反应器内部不同的吸放热过程达到最佳的能量利用效率，同时使反应系统更加小型化、集成化，进而提高全系统的能量效率，是催化氧化治理废水技术实用化的根本前提。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种净化废水的催化氧化反应器，催化氧化反应器可以解决如下问题：一、常温、无任何外供热的情况下即可启动并自动维持反应器的正常运行；二、可根据用要求，适用于不同浓度的废水处理；三、将换热与反应、混合与分离等多种功能集成于一体，提高整个催化氧化反应器的紧凑度，实现反应器的小型化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种净化废水的催化氧化反应器为三层套筒式的塔式结构；催化氧化反应器由外向内，依次设置尾气排放控制区、废水预热区和催化氧化反应区；在催化氧化反应区内装填有催化氧化催化剂；所述催化氧化反应区从上到下依次包括预反应区、气液缓冲区、主反应区和后反应区，在预反应区的上方设有液体分布器，在主反应区上方设有气液缓冲区，在气液缓冲区上方设有气液再分布器，在催化氧化反应器底部下方设有气液分离区，在气液分离区的下方设有净化水出口，在催化氧化反应器的顶部设有臭氧入口，在催化氧化反应器一侧的下方设有废水入口，在催化氧化反应器一侧的上方设有尾气排放口。

本发明另一个目的请求保护上述净化废水的方法，具体步骤如下：原料废水由催化氧化反应器底部废水入口进入废水预热区，经废水预热区预热至60-90℃，预热后原料废水通过液体分布器进入催化氧化反应区；由臭氧入口向催化氧化反应器通入相应比例的臭氧，臭氧通过臭氧分布器进入催化氧化反应区，臭氧与原料废水经过三次混合、催化反应后使原料废水达到净化水标准，经过净化水出口排出，反应尾气经过气液分离区进入尾气排放控制区继续进行催化氧化反应，达到标准后的尾气经泡沫阻隔网后由尾气排放口排出催化氧化反应器。

本发明催化氧化反应器集气体分布、气液混合、气液返混、预热、催化氧化反应于一体，能量效率高。催化氧化反应器分为尾气排放控制区、废水预热区和催化氧化反应区等不同功能区。尾气排放控制区保证排放的尾气中臭氧含量达标；废水预热区可以吸收催化氧化反应区内生成的反应热，在有效控制催化氧化反应区温度的同时，将废水预热区内的原料废水预热到60-90℃；废水预热区原料废水和催化氧化反应区内流体采用对流流动方式，能大幅度提供两者之间的换热效率。整个催化氧化反应区可以分为预反应区、主反应区和反应区，采用三段式催化氧化反应，每段反应区都装填有催化氧化催化剂。在启动催化氧化反应器时，少量原料和臭氧经过多次混合并进入不同的反应区，实现整个反应器的常温、无任何外供热情况下的启动。

本发明臭氧的进气方式采用多段进料，保证了臭氧在催化氧化反应区轴向上的浓度分布；同时在每一段臭氧的进口部位，采用单向爆气装置，保证了臭氧在催化氧化反应区径向上的浓度分布。通过臭氧分布器及入口总量的调整，可以处理不同浓度的废水。

本发明采用催化氧化反应器内部物流之间的逆流流动、废水预热区和催化氧化反应区之间的换热集成，内部气液分离区及气液分布器的设计，对流体换热与反应之间能量的补给和交换进行合理控制和管理，提高整个催化氧化反应器的紧凑度，实现反应器的小型化，极大提高了全系统的能量效率。

附图说明

图1是净化废水的催化氧化反应器的结构示意图；

图2是图1b处的局部放大图；

图3是净化废水的催化氧化反应器的内部流程示意图；

图4是本发明净化废水的催化氧化反应器的实验结果。

其中，1、臭氧入口，2、废水入口，3、尾气排放口，4、净化水出口，5、催化剂观测口，6、气液扰动装置，7、原料废水分配口a，8、原料废水分配口b，9、单向曝气阀，10、拦液筛网，11、反应器固定架，12、泡沫阻隔网，13、臭氧分布器，14、液体分布器，15、单向曝气装置，16、气液再分布器，17、催化氧化反应器底部，a、催化氧化反应区，b、废水预热区，c、尾气排放控制区，d、预反应区，e、主反应区，f、后反应区，g、气液分离区，h、气液缓冲区。

具体实施方式

下面结合附图1-4和具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种净化废水的催化氧化反应器，催化氧化反应器为三层套筒式的塔式结构；催化氧化反应器由外向内，依次设置尾气排放控制区c、废水预热区b和催化氧化反应区a；

所述催化氧化反应区a从上到下依次包括预反应区d、主反应区e和后反应区f，在预反应区d的上方设有液体分布器14，在主反应区e上方设有气液缓冲区h，在气液缓冲区h上方设有气液再分布器16；在催化氧化反应器的顶部设有臭氧入口1，臭氧分布器13垂直设在催化氧化反应区a内部，位于臭氧入口1的下方；在臭氧分布器13上还设有单向曝气装置15。单向曝气装置15的气体出口方向和原料废水对向接触，保证了气液的充分混合。

在催化氧化反应器底部17下方设有气液分离区g，在气液分离区g的下方设有净化水出口4；在气液分离区g的上方设有拦液筛网10，在尾气排放控制区c的下方设有单向曝气阀9。在废水入口2内部设有原料废水分配口a7和原料废水分配口b8，原料废水分配口a7与尾气排放控制区c连接，原料废水分配口b8与废水预热区b连接。两股原料废水还将在尾气排放控制区c混合并由液体分布器14均匀进入催化氧化反应区a。在尾气排放控制区c内部装有催化氧化催化剂，并设有气液扰动装置6，保证气液充分混合；所述的尾气排放控制区c内还设催化剂观测口5，可以定期进行催化剂取样分析。在催化氧化反应器一侧的下方设有底部废水入口2，在催化氧化反应器一侧的上方设有尾气排放口3。根据用户对废水中cod排放浓度的不同要求，通过调节臭氧入口1处臭氧的流量即可实现。

本发明的催化氧化反应器用于净化废水的具体方法为：

(1)原料废水从催化氧化反应器的底部废水入口2进入废水预热区b。当废水净化过程稳定后，在废水预热区b内，原料废水可以吸收在催化氧化反应区a内废水和臭氧氧化生成的反应热，在有效控制催化氧化反应区a温度的同时，将废水预热区b内的原料废水预热到60-90℃。废水预热区b原料废水和催化氧化反应区a内流体采用对流流动方式，能大幅度提供两者之间的换热效率。

(2)经废水预热区b预热的废水通过液体分布器14进入催化氧化反应区a。

(3)原料废水进入催化氧化反应区a后，先逐层浸润预反应区d、主反应区e和后反应区f，然后经催化氧化反应器底部17进入气液分离区g，液体由净化水出口4流出催化氧化反应器。

(4)原料废水在浸润完催化氧化反应区a后，从催化氧化反应器的臭氧入口1通入相应比例的臭氧，臭氧通过臭氧分布器13，分区域进入对应的催化氧化反应区a的各指定区域。

(5)臭氧首先通过单向爆气装置15均匀进入催化氧化反应区a，在预反应区d上部和原料废水进行逆流接触，充分混合后进入预反应区d，在催化剂表面进行第一次的催化氧化反应。

(6)经第一次催化氧化反应后废水和第二段臭氧进行逆流接触，充分混合后，由气液再分布器16强化臭氧和废水的混合后，进入气液缓冲区h。

(7)经气液缓冲区h，充分混合的废水和臭氧均匀进入主反应区e，在催化剂表面进行第二次的催化氧化反应。

(8)经第二次催化氧化反应后的废水和第三段臭氧进行逆流接触，充分混合后进入催化氧化后反应区f，废水部分未反应处理的物质在后反应区f完成第三次催化氧化反应，达到净化水标准后，经过气液分离区g后由净化水出口4流出催化氧化反应器。

(9)经三次催化氧化反应后的反应尾气，经过气液分离区g气液分离后，经上层设计的拦液筛网10，通过单向曝气阀9进入尾气排放控制区c。在尾气排放控制区c内，反应尾气继续和由原料废水分配口a7进入的部分废水进行催化氧化反应，尾气达到排放标准后经过泡沫阻隔网12由尾气排放口3流出催化氧化反应器。

本发明的净化废水的催化氧化反应器的实验结果见图3，按照图1结构设计安装了一台催化氧化反应器，装填了1立方米催化剂，当水力负荷为2-3m³/m²·h时，从cod去除率与时间曲线可见，该催化氧化反应器对cod的去除效果显著，从启动运行20小时即能达到稳定运行，此时催化脱除效率在80％以上。本发明的催化氧化反应器特别适用于含甲醇废水的净化。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。