流化式臭氧催化氧化反应器的制作方法

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种流化式臭氧催化氧化反应器。

背景技术：

随着环境要求日趋严格，废水处理的重要性日益凸显，对出水水质要求逐步提高。

臭氧具有极强的氧化能力，它在水中的氧化还原电位2.07ev。臭氧能氧化大部分无机物和有机物，其被用来处理工业废水，能有效去除废水中的有机物，降低废水中的bod和cod，并对脱色、除臭有显著效果。

臭氧氧化有机物时，一种是臭氧直接氧化，缓慢且有明显选择性；另一种是臭氧在催化剂的作用下被分解产生羟基自由基，间接与水中有机物作用，这一反应相当快，且没有选择性。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。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种流化式臭氧催化氧化反应器，以解决当前催化剂流失、催化剂不能充分被利用及臭氧利用率低的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种流化式臭氧催化氧化反应器，包括臭氧发生器及反应器本体，还包括设置在反应器本体内腔中的导流筒、固液气分离器、布气装置以及布水装置；

固液气分离器设置在导流筒的顶部以对导流筒的顶端进行封堵，布气装置设置在导流筒的底部，导流筒内部填充有颗粒状催化剂；导流筒及其上的固液气分离器、布气装置均与反应器本体的内壁面间隔一定距离以形成导流筒的悬置设置；布水装置正对间隔设置在布气装置的下方；

反应器本体为密闭筒体，进水管穿过反应器本体且其上的布水管位于导流筒的侧壁与反应器本体之间，臭氧发生器通过穿过反应器本体的臭氧排气管与布气装置相连，布水装置与穿过反应器本体的回流水管相连，回流水管上端连在反应器本体的顶部，反应器本体顶部还连有出水管及尾气排气管。

进一步，进水管的布水管沿导流筒中心轴线环绕设置在导流筒的侧壁外周，布水管上间隔设有若干个布水通孔，布水通孔朝向反应器本体底部。

进一步，布水装置设置在反应器本体底部，布水装置上的布水口朝向导流筒内腔。

进一步，布水装置为呈圆环状布置的布水管。

进一步，布气装置为呈圆环状布置的布气管。

进一步，布气管上安装有耐腐蚀的曝气盘，曝气盘朝向导流筒内腔。

进一步，回流水管上设有回流水泵。

进一步，尾气排气管上设有尾气破坏器。

进一步，反应器本体与导流筒均为横向截面呈圆形的筒体，导流筒的横向截面面积占反应器本体的横向截面面积的60％～85％；导流筒底部与反应器本体底部间隔0.5～1m，固液气分离器顶部与反应器本体顶部间隔1～2m。

进一步，反应器本体与导流筒均为横向截面呈圆形的筒体，导流筒侧壁与反应器本体之间所形成的横向截面为圆环状的下降区截面面积与导流筒的横向截面面积比为1.5:1～4.5:1。

本发明的有益效果在于：

本方案通过合理的结构布局、优越的流体力学性能使得气、固、液三相间有良好传质，确保催化剂与臭氧微气泡充分接触，提高臭氧利用率。导流筒和回流水循环设置，可使反应器在内、外循环的共同作用下，使其具有较高的反应效率和抗冲击能力，并能节约能耗。固液气分离器的设置延长了臭氧微气泡停留时间，并能截留催化剂，防止催化剂流失。导流筒的设置可提高废水循环速度，更有效控制微气泡臭氧在反应器内的定向导流，促进废水—臭氧—催化剂传质，提高反应效率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为流化式臭氧催化氧化反应器的结构示意图；

图2为图1的a-a截面图。

附图标记：

臭氧发生器1、臭氧排气管2、回流水管3、布水装置4、布气装置5、回流水泵6、下降区7、反应器本体8、导流筒9、催化剂10、固液气分离器11、回流出水口12、出水管13、尾气排气管14、尾气破坏器15。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图2，为一种流化式臭氧催化氧化反应器，包括臭氧发生器1及反应器本体8，还包括设置在反应器本体8内腔中的导流筒9、固液气分离器11、布气装置5以及布水装置4。

固液气分离器11是设置在导流筒9的顶部，通过固液气分离器11对导流筒9顶端的封堵防止催化剂流失，布气装置5设置在导流筒9的底部，导流筒9内部填充有颗粒状催化剂；导流筒9及其上的固液气分离器11、布气装置5均与反应器本体8的内壁面间隔一定距离以形成导流筒9的悬置设置；布水装置4正对间隔设置在布气装置5的下方。

反应器本体8为密闭筒体，进水管穿过反应器本体8且其上的布水管位于导流筒9的侧壁与反应器本体8之间，臭氧发生器1通过穿过反应器本体的臭氧排气管2与布气装置5相连，布水装置4与穿过反应器本体的回流水管3相连，回流水管3上端连在反应器本体8的顶部，反应器本体顶部还连有出水管13及尾气排气管14。

该反应器中，悬置于反应器本体8内部的导流筒9将反应器本体8分隔成两个区域，其中，导流筒内为气(臭氧)、固(催化剂)、液(水流)的上升区，导流筒9外为溶液(水流)的下降区7。具体的，进水管从反应器本体8的上部接入至反应器本体与导流筒侧壁之间的区域内，进水水流从上至下流向反应器本体的底部，即形成了水流的下降区，而设置在下方的布气装置5以及布水装置4对应向导流筒9内布气及布水，在布气装置以及布水装置的作用下，导流筒9内的催化剂、水流以及臭氧向上运动，即形成了气、固、液的上升区。

在各部分的作用下，水流可分为回流水、内循环水、废水以及清洁水，其中，废水通过进水管接入至下降区7，在导流筒内反应后的水经过固液气分离器11一部分继续进入下降区作为内循环水，以稀释废水，一部分作为清洁水通过出水管排出，一部分则作为回流水通过回流水管3进入布水装置。布水装置接收回流水、内循环水以及废水，回流水与内循环水可对废水进行稀释，最后通过布水装置的喷射作用送入导流筒与催化剂以及臭氧作用。内外循环流动的设置保证了整个反应过程具有优越的流体力学性能，可使气、固、液三相良好传质，确保了催化剂与臭氧微气泡充分接触，提高臭氧利用率。同时，导流筒9将反应器本体8分隔成两个区域的设置使得各区域的截面积更小，不仅使其具有较高的反应效率和抗冲击能力，更降低了功率，节约了能耗。

此处的布气装置可使得臭氧以微米级的气泡形式散出，保证其与导流筒内部的水流充分接触，而催化剂则在气水混合水力作用下，始终处于流化状态，这极大提高了催化剂与臭氧及废水接触的充分性，进而提高了处理效率。设置在导流筒顶部的固液气分离器11可以有效截留催化剂，防止催化剂流失。

装填在导流筒9内的催化剂10可选用石英砂、砖渣、钢渣、活性炭、分子筛或氧化铝中的一种，活性成分选自mn、fe、cu等过渡金属的氧化物中的一种或几种组合。

作为上述方案的进一步改进，进水管上的布水管沿导流筒9中心轴线环绕设置在导流筒的侧壁外周，即布水管是螺旋线的结构形式，在布水管上间隔设有多个布水通孔，且布水通孔朝向反应器本体8底部。这样布水可使废水以多路形式进入下降区，从而与流入下降区内的循环水充分混合稀释，进而提高了与催化剂、臭氧间接触的充分性，提高了处理效率。

上述的布水装置4设置在反应器本体8底部，布水装置4为呈圆环状布置的穿孔布水管，其上的布水口朝向导流筒9内腔，以将出水(回流水、内循环水以及废水)喷入导流筒内，进而使得出水在导流筒9内配水均匀。需要注意的是：穿孔布水管上的布水口口径小于催化剂粒径。

上述的布气装置5为呈圆环状布置的布气管。布气管上安装有耐腐蚀的曝气盘，可选用钛合金曝气盘，曝气盘朝向导流筒内腔，以像导流筒内喷入臭氧微气泡，该布气装置散出的臭氧微气泡直径在30～100um。

作为上述方案的进一步改进，回流水管3上设有回流水泵6，为回流水提供回流动力。

作为上述方案的进一步改进，尾气排气管14上设有尾气破坏器15，以将未反应完全的臭氧破坏分解。

优选的，反应器本体8与导流筒9均为横向截面呈圆形的筒体，导流筒的横向截面面积sd占反应器本体的横向截面面积af的60％～85％；导流筒底部与反应器本体底部间隔0.5～1m，固液气分离器顶部与反应器本体顶部间隔1～2m。亦或者，导流筒侧壁与反应器本体之间所形成的横向截面为圆环状的下降区截面面积sx与导流筒的横向截面面积sd比为1.5:1～4.5:1；其中af＝sx+af。这样可获得较优的效果。

该反应器的循环过程及作用原理为：

臭氧发生器1产生的臭氧，通过臭氧排气管2接入布气装置5，布气装置5散出微米级的气泡。废水由进水管接入下降区7，进水管上的布水管呈圆环状布置在导流筒9四周，布水管采用穿孔管，布水通孔朝向反应器本体底部。废水与导流筒出来的内循环水混合，再进入导流筒。回流水通过回流水泵6和回流水管3接入反应器本体底部的布水装置4，布水装置4也采用穿孔管，以圆环形式布置在导流筒下部，这样可使得外循环水(回流水)均匀分布在导流筒内。

在气液混合水力作用下，催化剂呈流化状态，促进废水—臭氧—催化剂的传质，臭氧微气泡与催化剂10充分接触，在催化剂的催化作用下，生成氧化性物质，氧化降解废水中的有机物。臭氧—废水—催化剂在导流筒内上升后，在固液气分离器11的作用下：催化剂回流到导流筒中；部分废水和臭氧气泡进入下降区，在反应器本体中循环反应；氧化反应后，部分清洁水经反应器本体上部的出水管13排出；部分出水经回流水管3排出，再经循环水泵6加压，回流至反应器本体中再反应。未反应的臭氧及反应过程中产生的其他气体由位于反应器本体顶部的尾气排气管14排至尾气破坏器15，经尾气破坏器15分解后，排入大气中。

实施例1

臭氧发生器1产生的气体，通过臭氧排气管2接入布气装置5，布气装置上的布气管呈圆环状布置在导流筒下部，布气管上安装钛合金曝气盘，曝气盘分散出30～50um的气泡。从反应器本体顶部的回流出水口12流出的回流水通过回流水管3进入布水装置4，布水装置4采用穿孔管圆环状布置在布气装置5下部，以将出水均匀分布于导流筒9内，布水装置4的出水孔口朝上，孔口直径为8～10mm。导流筒9位于反应器本体8的内腔中心，导流筒的横向截面积占反应器本体8的横向截面积的64％，导流筒底部距反应器本体底部0.6m，导流筒顶部距反应器本体顶部1.5m。导流筒内装填分子筛催化剂，在气液混合水力作用下，催化剂呈流化状态。废水与臭氧微气泡、催化剂在反应器内混合，发生氧化反应。发生反应后，经导流筒上部的固液气分离器11作用，催化剂返回至导流筒中，部分未反应的臭氧和导流筒出水循环至下降区，与待处理的废水混合，再进入导流筒中发生氧化反应。待处理废水通过进水管接入反应器本体8的下降区7，进水管的布水管呈环状布置在导流筒9外周，布水管采用穿孔管，孔口朝下。反应后的清洁水，部分由出水管13排出，出水管位于反应器本体上部侧壁；部分由回流出水口12排出，经循环水泵6加压，循环回流至反应器本体内再反应。反应器本体顶部的尾气排气管14将未反应的臭氧排入尾气破坏器15，经破坏器分解后排入大气中。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。