一種臭氧催化氧化評價裝置的製作方法

2023-05-01 19:24:06

本實用新型涉及臭氧催化氧化領域，尤其涉及一種臭氧催化氧化評價裝置。

背景技術：

高級氧化技術(AOP)是指氧化能力超過所有常見氧化劑或氧化電位接近或達到羥基自由基·OH水平，可與有機汙染物進行系列自由基鏈反應，從而破壞其結構，使其逐步降解為無害的低分子量的有機物，最後降解為CO2、H2O和其他礦物鹽的技術。近幾十年來，國內外在難降解有機汙染廢水處理方面開展了較多的研究，高級氧化法以其巨大的潛力以及獨特的優勢在過去二十多年中脫穎而出。與其它傳統水處理方法相比，AOP技術是自由基鏈反應，具有反應時間短、反應速度快、過程可以控制且無選擇性等優點，能將多種有機汙染物全部降解，不產生二次汙染。

溼式空氣氧化法(WAO)是在高溫(125～320℃)、高壓(0.5～20MPa)條件下通入空氣，使廢水中的有機汙染物直接氧化降解。目前國際上已成功地將溼式氧化法應用於焦化、印染等工業廢水處理。撫順石油化工研究院(FRIPP)開發的WAO技術在國內處於領先水平，已在國內建設了20多套鹼渣處理裝置，其規模為0.5～10m3·h-1。在WAO基礎上配合使用催化劑從而降低反應溫度和壓力或縮短反應停留時間的溼式催化氧化法(CWAO)近年來更是受到廣泛的重視與研究。CWAO技術是WAO技術的升級，但該過程仍然伴有高溫高壓，使其反應運行成本較高。

為了解決上述問題，人們使用強氧化劑來代替氧氣，可以使反應在低溫常壓下進行，能氧化絕大多數有機物且氧化速度較快，與CWAO相比具有顯著的優勢。

臭氧催化氧化技術通過加入催化劑催化臭氧在反應過程中產生大量羥基自由基(羥基自由基與大多數有機物反應時速率常數為106～109M-1s-1，同臭氧與該有機物反應速率常數相比至少高出7個數量級。)，可在常溫常壓下將那些難以用臭氧單獨氧化或降解的有機物氧化從而淨化水質。臭氧催化氧化可克服單獨臭氧氧化的缺點，從而變成更有實用價值的新型高級氧化技術。

臭氧催化氧化技術的關鍵是催化劑的開發，所使用的催化劑分均相和多相兩種，與Fenton法類似，均相催化劑存在難回收易造成二次汙染的問題，因此研究多集中在多相催化劑上。本實用新型主要涉及臭氧催化氧化的評價裝置。

技術實現要素：

針對現有技術之不足，本實用新型提供了一種臭氧催化氧化評價裝置，所述裝置至少包括臭氧發生器、臭氧分析儀和反應器；

其中所述臭氧發生器連接臭氧分析儀並通過臭氧分析儀連接至反應器的進氣口；所述臭氧發生器連接流量計，所述流量計連接所述臭氧分析儀；所述反應器的內徑為40mm；

所述廢水經蠕動泵連接至反應器的進水口，所述反應器的出氣口連接尾氣吸收裝置，所述反應器的出水口連接收集裝置，所述反應器的進水口和出氣口位於反應器的頂部，所述反應器的進氣口位於反應器的底部，所述反應器的出水口位於反應器的側面。

根據一種優選實施方式，所述反應器為有機玻璃管。

根據一種優選實施方式，所述裝置的反應器是由4根內徑40mm的有機玻璃管串聯形成4級反應器。

根據一種優選實施方式，所述4級反應器的總容積為8L。

根據一種優選實施方式，所述反應器的玻璃管內部裝有催化劑。

根據一種優選實施方式，所述反應器的每級玻璃管中催化劑的填充高度為1.6m。

根據一種優選實施方式，所述4級反應器中催化劑的總容積為5L。

根據一種優選實施方式，所述反應器中的催化劑床層上下為瓷球層。

根據一種優選實施方式，所述4級反應器是通過首尾相連的方式並聯連接，第一級玻璃管的底部連接第二級玻璃管的頂部，所述第二級玻璃管的底部連接第三級玻璃管的頂部，所述第三級玻璃管的底部連接第四級玻璃管的頂部。

根據一種優選實施方式，所述反應器第一級設有曝氣頭。

附圖說明

圖1是本實用新型的臭氧催化氧化反應評價裝置。

附圖標記列表

1：臭氧發生器 2：流量計 3：臭氧分析儀

4：反應器 5：廢水瓶 6：蠕動泵

7：尾氣吸收裝置 8：反應器進水口 9：反應器出氣口

10：反應器進氣口 11：反應器出水口

具體實施方式

下面結合附圖進行詳細說明。

為了考察各種催化劑的臭氧催化氧化活性，使用酸性大紅溶液作為模型化合物廢水(質量濃度0.4g·L-1，COD＝225mg·L-1，pH＝3.5)對催化劑進行了臭氧催化氧化探索試驗。經過對自行設計的反應器和工藝流程的不斷改進，採用如圖1所示的臭氧催化氧化反應評價裝置。反應流程如下，臭氧發生器將空氣電離生成含臭氧的混合氣體，經流量計控制流量進入到臭氧分析儀中在線監測臭氧濃度，然後氣體再進入反應器與催化劑共同作用處理廢水。反應器為有機玻璃管，反應器內徑為40mm，催化劑用量100ml。酸性大紅溶液通過蠕動泵進入反應器並控制流量，使反應空速在0.5h-1～4h-1之間。反應後的尾氣經吸收後排空，水樣進行COD檢測。

實驗室評價方法的建立：水樣COD採用重鉻酸鹽法(GB11914-1989)進行檢測，臭氧濃度採用臭氧濃度分析儀對進行在線分析。催化劑在運行之前使用酸性大紅溶液進行預吸附，當出水COD達到穩定即認為催化劑達到吸附飽和。此時開始通入臭氧進行臭氧催化氧化反應，穩定24h後開始進入運行時間段的考察。

實施例1

本實施例中試驗裝置由4根內徑40mm的有機玻璃柱串聯，總容積8L，內部裝填催化劑；每級反應器有效高度1.6m，總有效高度6.4m，以模擬實際應用時的水柱高度和氣體吸收效率；水、氣以順流方式從第1級下方進入裝置。反應器第2、3、4級中共裝填催化劑3.5L，催化劑床層上下為瓷球層，以過濾懸浮物、促進氣液分布並壓實催化劑；反應器第1級設曝氣頭，未裝填催化劑，起到氣液兩相預混合的作用。

配備10g/h臭氧發生器1臺，以鋼瓶氧氣為氣源，現場製備含臭氧氣體。

選定後氣浮出水(氧化塘進水)為試驗原水。為防止懸浮物堵塞催化劑床層，原水經多級多層紗布過濾後，進入200L原水桶進行緩衝、均質。試驗時用蠕動泵控制流量通入反應器。

實施例2

本實施例中試驗裝置由4根內徑40mm的有機玻璃柱串聯，總容積8L，內部可以裝填催化劑；每級反應器有效高度1.6m，總有效高度6.4m，以模擬實際應用時的水柱高度和氣體吸收效率；水、氣以順流方式從第1級下方進入裝置，從第4級上方排出裝置。第一級玻璃管的底部連接第二級玻璃管的頂部，所述第二級玻璃管的底部連接第三級玻璃管的頂部，所述第三級玻璃管的底部連接第四級玻璃管的頂部。4級反應器中均勻裝填催化劑共5L，催化劑床層上下為瓷球層，以過濾懸浮物、促進氣液分布並壓實催化劑。

配備10g/h臭氧發生器1臺，以鋼瓶氧氣為氣源，現場製備含臭氧氣體。

進水分別為煉油汙水二次生化出水和二次生化進水。為防止懸浮物堵塞催化劑床層，原水進入反應器前經多級多層紗布過濾。使用蠕動泵控制廢水進水量。

在設定進水量、臭氧投加量下24小時連續運行。每日11：00、15：30點採集進水、出水樣品進行COD測定。

需要注意的是，上述具體實施例是示例性的，在本實用新型的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形落在本實用新型的保護範圍內。本領域技術人員應該明白，上面的具體描述只是為了解釋本實用新型的目的，並非用於限制本實用新型。本實用新型的保護範圍由權利要求及其等同物限定。