三相雙循環臭氧催化流化床及其廢水處理方法

2023-05-30 18:15:11

專利名稱：三相雙循環臭氧催化流化床及其廢水處理方法
技術領域：
本發明涉及一種廢水處理裝置及其技術，特別是三相雙循環臭氧催化流化床及其廢水處理方法。
背景技術：
目前，大多工業廢水排水中依然含有一定量的COD和其它有機物，並且其量值也超出了新標準許可的排放限值。而現階段，廢水處理領域對於低濃度難降解有機物的處理技術還沒有一項非常高效的工藝方法，常用的有活性炭吸附法、化學氧化法、臭氧氧化法等。活性炭吸附法操作簡單，見效快，設備投資省；但活性炭需定期更換，勞動強度大， 運行成本高(吸附量約為0. 08kgC0D/kg)。而且活性炭的再生方法中，以傳統的高溫活化法恢復率最高，其它常溫或低溫方法效果均不理想，是制約活性炭吸附工藝應用的較大障礙。化學氧化法的優點是去除徹底，既可礦化有機物亦可提高出水的可生化性；缺點是工藝控制複雜，設備材質要求高，汙泥產生量大，後續需要配置沉澱池。臭氧氧化法的優點是脫色效果好，系統設備自動化程度高，無汙泥產生；缺點是系統能耗較高，投資大。單純的臭氧氧化工藝中，傳統為空塔射流混合或者鼓泡塔的形式應用，臭氧利用率低，而且此種方法多為臭氧殺菌消毒工藝中應用，不適合應用在以降解有機物為目的的工藝過程中。

發明內容
本發明的目的是為了解決上述現有技術的不足而提供一種處理效果好，節約處理成本的三相雙循環臭氧催化流化床及其廢水處理方法。為了實現上述目的，本發明所設計的三相雙循環臭氧催化流化床，包括進水管、增壓回流泵、射流曝氣器、床體、臭氧發生器和出水管，其特徵在於所述的進水管連接在增壓回流泵上，增壓回流泵與射流曝氣器連接，射流曝氣器連接在床體上，床體上設有出水管， 射流曝氣器與床體之間設有臭氧發生器，進水管與出水管之間設有回流管；床體內部設有氣體逸散層、循環回流外筒、沉降回流室、過濾清液室和導流內筒，氣體逸散層下面設有循環回流外筒，循環回流外筒與沉降回流室連接，沉降回流室下面設有過濾清液室；在導流內筒頂部設有傘形擋流板，傘形擋流板設在氣體逸散層與循環回流外筒之間，氣體逸散層與循環回流外筒之間還設有安全過濾網。所述床體頂部設有壓力平衡閥，側面設有人孔，頂部設有排空口 ；傘形擋流板上設有通氣孔。所述沉降回流室和過濾清液室用篩板隔開，篩板上設有短柄濾頭，篩板錐角α =45°。所述射流曝氣器垂直安裝在床體的底部，射流曝氣器上設有一級噴嘴，一級噴嘴與一級吸氣室連接，一級吸氣室上設有一級混合腔，一級混合腔與二級吸氣室連接，二級吸氣室上設有二級噴嘴，二級噴嘴與導流內筒連接，導流內筒與循環回流外筒同軸心；一級吸氣室上連接有臭氧發生器，二級吸氣室上連接有氣體回流管，氣體回流管另一端與氣體逸散層頂部連接。所述床體為柱形，高徑比2. 0-15. 0，內外徑比0. 05-0. 20，導流內筒與循環回流外筒過流面積比<0. 06。本發明提供的一種廢水處理方法，包括採用三相雙循環臭氧催化流化床，其工藝流程為含難降解有機物廢水由進水管經增壓回流泵增壓後進入射流曝氣器，經射流曝氣器的一級噴嘴、一級混合腔與通過一級吸氣室被壓入的O3氣充分接觸混合後進入二級噴嘴，通過二級吸氣室二次吸入氣體回流管內的O3餘氣並二次噴射釋放進入導流內筒，在噴射動能、氣體裹夾挾帶提升的協同作用下和因氣含率的增高而導致的密度減小的條件下， 水-氣-載體三相混合液與沉降回流室的回流液充分混合，向上流動，到達頂部傘形折流板後，部分氣體與混合液分離以大氣泡形式上升至傘形折流板錐形頂端從通氣孔逸出到氣體逸散層，氣體逸散層中的氣體部分通過氣體回流管循環利用，部分經壓力平衡閥均勻散出。 含有水-小氣泡-載體的三相混合液經傘形折流板折流後進入循環回流外筒，因含氣率相對減少而導緻密度增大，在重力和傘形折流板反射動量作用下降落至沉降回流室。該部分小氣泡-載體-液體混合物在射流曝氣器二級噴嘴噴射形成的負壓抽吸作用下，再次進入導流內筒，實現循環回流反應。經過篩板上的短柄濾頭進入過濾清液室的清液，部分經出水管排放，部分經回流管回流至進水管被再次提壓後參與循環反應。所述進水管前端接入H2O2 加藥管。所述循環回流外筒內設有吸附催化載體，吸附催化載體比重為P p = 1. 0 2. 5g/ cm3，粒徑為ds = 0. 05 2. Omm,比表面積為s = 100-1500m2/g，固含率ε s = 2 6%。本發明採用高科技多學科的組合工藝形式，無二次汙染，有效地解決了含難降解有機物廢水治理的難題，而且處理汙水效果好，成本低。


圖1是實施例1整體結構剖視圖；圖2是圖1局部放大圖；圖3是實施例2循環流程圖。圖中進水管1、增壓回流泵2、射流曝氣器3、床體4、臭氧發生器5、出水管6、回流管7、氣體逸散層8、循環回流外筒9、沉降回流室10、過濾清液室11、導流內筒12、壓力平衡閥13、人孔14、排空口 15、傘形擋流板16、通氣孔17、安全過濾網18、短柄濾頭19、一級噴嘴 20、一級吸氣室21、視鏡22、一級混合腔23、二級吸氣室24、二級噴嘴25、氣體回流管26、篩板27、吸附催化載體28。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。實施例1 如圖1、圖2所示，本發明提供的三相雙循環臭氧催化流化床，包括進水管1、增壓回流泵2、射流曝氣器3、床體4、臭氧發生器5和出水管6，所述的進水管1連接在增壓回流泵2上，增壓回流泵2與射流曝氣器3連接，射流曝氣器3連接在床體4上，床體4上設有出水管6，射流曝氣器3與床體4之間設有臭氧發生器5，進水管1與出水管6之間設有回流管7 ；床體4內部設有氣體逸散層8、循環回流外筒9、沉降回流室10、過濾清液室11和導流內筒12，氣體逸散層8下面設有循環回流外筒9，循環回流外筒9與沉降回流室10連接，沉降回流室10下面設有過濾清液室11 ；在導流內筒12頂部設有傘形擋流板16，傘形擋流板16設在氣體逸散層8與循環回流外筒9之間，氣體逸散層8與循環回流外筒9之間還設有安全過濾網18，可使未反應O3氣順利逸出。所述床體4頂部設有壓力平衡閥13，側面設有人孔14，頂部設有排空口 15 ；傘形擋流板16上設有通氣孔17。所述沉降回流室10和過濾清液室11用篩板27隔開，篩板上設有短柄濾頭19，篩板錐角α =45°，保證均勻出流。所述射流曝氣器3垂直安裝在床體 4的底部，射流曝氣器3上設有一級噴嘴20，一級噴嘴20與一級吸氣室21連接，一級吸氣室21上設有一級混合腔23，一級混合腔23與二級吸氣室24連接，二級吸氣室24上設有二級噴嘴25，二級噴嘴25與導流內筒12連接，導流內筒12與循環回流外筒9同軸心，此設計結構使得裝置的表觀液速ULr較常規提高1. 5-2. 0倍，氧轉移係數KLa提高1. 3-3. 0倍，氣含率ε r增加10-30%，加快分解速率；一級吸氣室21上連接有臭氧發生器5，二級吸氣室 24上連接有氣體回流管26，氣體回流管26另一端與氣體逸散層8頂部連接，以實現未反應完全O3氣的循環利用。所述床體4為柱形，高徑比2. 0-15.0,內外徑比0. 05-0. 20，導流內筒12與循環回流外筒9過流面積比< 0. 06。本發明中的導流內筒12可以採用一段或多段式，可為直壁圓筒狀，也可以內壁嵌設多元件螺旋片，也可設置為節接式靜態混合器，以阻止氣泡聚並，增強氣液混合強度，提高氣體轉移效率EA和氧轉移係數KLa。也可在中部開孔，使部分上升的流體中途進入降流區，以造成多重環流，強化混合，縮短混合時間，使反應器更接近於CSTR流態。實施例2如圖3所示，本發明提供的廢水處理方法，採用所述的三相雙循環臭氧催化流化床，將含難降解有機物廢水由進水管1經增壓回流泵2增壓後進入射流曝氣器3，經射流曝氣器3的一級噴嘴20、一級混合腔23與通過一級吸氣室21被壓入的O3氣充分接觸混合後進入二級噴嘴25，通過二級吸氣室24 二次吸入氣體回流管26內的O3餘氣並二次噴射釋放進入導流內筒12，在噴射動能、氣體裹夾挾帶提升的協同作用下和因氣含率的增高而導致的密度減小的條件下，水-氣_載體三相混合液與沉降回流室10的回流液充分混合，向上流動，到達頂部傘形折流板16後，部分氣體與混合液分離以大氣泡形式上升至傘形折流板 16錐形頂端從通氣孔17逸出到氣體逸散層8，氣體逸散層8中的氣體部分通過氣體回流管 26循環利用，部分經壓力平衡閥13均勻散出。含有水-小氣泡-載體的三相混合液經傘形折流板16折流後進入循環回流外筒9，因含氣率相對減少而導緻密度增大，在重力和傘形折流板16反射動量作用下降落至沉降回流室10。該部分小氣泡-載體-液體混合物在射流曝氣器3 二級噴嘴25噴射形成的負壓抽吸作用下，再次進入導流內筒12，實現循環回流反應。經過篩板27上的短柄濾頭19進入過濾清液室11的清液，部分經出水管6排放，部分經回流管7回流至進水管1被再次提壓後參與循環反應。所述進水管1前端接入H2O2加藥管，即利用AOPs技術，加速O3分解，提高有機物催化反應速率。所述循環回流外筒9內設有吸附催化載體28，吸附催化載體28比重為P p = 1. 0 2. 5g/cm3，粒徑為ds = 0. 05 2. Omm,比表面積為s = 100-1500m2/g,固含率ε s = 2 6%，既易於流態化又能保證有良好的沉降性能。吸附催化載體28為負載氧化物/金屬催化劑活性載體，其材質可以為活性炭、陶粒、爐渣、CaCO3晶粒、塑料顆粒、聚丙烯酸酯類高分子聚合物等單一載體，也可以為混合載體。具有優異的有機分子親和觸點_固定吸附、氧化基-催化劑多孔傳輸-傳質、抗氧化等物理化學特性，既易於流態化又能保證有良好的沉降性能。
權利要求
1.一種三相雙循環臭氧催化流化床，包括進水管(1)、增壓回流泵(2)、射流曝氣器 (3)、床體⑷、臭氧發生器(5)和出水管(6)，其特徵在於所述的進水管⑴連接在增壓回流泵(2)上，增壓回流泵(2)與射流曝氣器(3)連接，射流曝氣器(3)連接在床體(4)上， 床體(4)上設有出水管(6)，射流曝氣器(3)與床體(4)之間設有臭氧發生器(5)，進水管 ⑴與出水管(6)之間設有回流管(7)；床體(4)內部設有氣體逸散層(8)、循環回流外筒 (9)、沉降回流室(10)、過濾清液室(11)和導流內筒(12)，氣體逸散層(8)下面設有循環回流外筒(9)，循環回流外筒(9)與沉降回流室(10)連接，沉降回流室(10)下面設有過濾清液室(11)；在導流內筒(12)頂部設有傘形擋流板(16)，傘形擋流板(16)設在氣體逸散層 (8)與循環回流外筒(9)之間，氣體逸散層(8)與循環回流外筒(9)之間還設有安全過濾網 (18)。
2.根據權利要求1所述的三相雙循環臭氧催化流化床，其特徵在於所述床體(4)頂部設有壓力平衡閥(13)，側面設有人孔(14)，頂部設有排空口(15)；傘形擋流板(16)上設有通氣孔(17)。
3.根據權利要求1或2所述的三相雙循環臭氧催化流化床，其特徵在於所述沉降回流室(10)和過濾清液室(11)用篩板(27)隔開，篩板上設有短柄濾頭(19)，篩板錐角α = 45°。
4.根據權利要求1或2所述的三相雙循環臭氧催化流化床，其特徵在於所述射流曝氣器(3)垂直安裝在床體(4)的底部，射流曝氣器(3)上設有一級噴嘴(20)，一級噴嘴(20) 與一級吸氣室(21)連接，一級吸氣室(21)上設有一級混合腔(23)，一級混合腔(23)與二級吸氣室(24)連接，二級吸氣室(24)上設有二級噴嘴(25)，二級噴嘴(25)與導流內筒 (12)連接，導流內筒(12)與循環回流外筒(9)同軸心；一級吸氣室(21)上連接有臭氧發生器(5)，二級吸氣室(24)上連接有氣體回流管(26)，氣體回流管(26)另一端與氣體逸散層⑶頂部連接。
5.根據權利要求1或2所述的三相雙循環臭氧催化流化床，其特徵在於所述床體(4) 為柱形，高徑比2. 0-15. 0，內外徑比0. 05-0. 20，導流內筒(12)與循環回流外筒(9)過流面積比彡0. 06。
6.一種廢水處理方法，它包括採用上述權利要求所述的三相雙循環臭氧催化流化床， 其特徵是將含有機物的廢水由進水管1經增壓回流泵2增壓後進入射流曝氣器3，經射流曝氣器3的一級噴嘴20、一級混合腔23與通過一級吸氣室21被壓入的O3氣充分接觸混合後進入二級噴嘴25，通過二級吸氣室24 二次吸入氣體回流管26內的O3餘氣並二次噴射釋放進入導流內筒12，在噴射動能、氣體裹夾挾帶提升的協同作用下和因氣含率的增高而導致的密度減小的條件下，水-氣_載體三相混合液與沉降回流室10的回流液充分混合，向上流動，到達頂部傘形折流板16後，部分氣體與混合液分離以大氣泡形式上升至傘形折流板 16錐形頂端從通氣孔17逸出到氣體逸散層8，氣體逸散層8中的氣體部分通過氣體回流管 26循環利用，部分經壓力平衡閥13均勻散出。含有水-小氣泡-載體的三相混合液經傘形折流板16折流後進入循環回流外筒9，因含氣率相對減少而導緻密度增大，在重力和傘形折流板16反射動量作用下降落至沉降回流室10。該部分小氣泡-載體-液體混合物在射流曝氣器3 二級噴嘴25噴射形成的負壓抽吸作用下，再次進入導流內筒12，實現循環回流反應。經過篩板27上的短柄濾頭19進入過濾清液室11的清液，部分經出水管6排放，部分經回流管7回流至進水管1被再次提壓後參與循環反應。
7.根據權利要求6所述的廢水處理方法，其特徵在於所述進水管(1)前端接入H2O2 加藥管。
8.根據權利要求6或7所述的廢水處理方法，其特徵在於所述循環回流外筒(9)內設有吸附催化載體(28)，吸附催化載體(28)比重為Pp= 1.0 2.58/(^3，粒徑為如= 0. 05 2. Omm,比表面積為 s = 100-1500m2/g，固含率 ε s = 2 6%。
全文摘要
本發明公開了一種三相雙循環臭氧催化流化床及其廢水處理方法，包括進水管、增壓回流泵、射流曝氣器、床體、臭氧發生器和出水管，所述的進水管連接在增壓回流泵上，增壓回流泵與射流曝氣器連接，射流曝氣器連接在床體上，床體上設有出水管，射流曝氣器與床體之間設有臭氧發生器，進水管與出水管之間設有回流管；床體內部設有氣體逸散層、循環回流外筒、沉降回流室、過濾清液室和導流內筒，氣體逸散層下面設有循環回流外筒，循環回流外筒與沉降回流室連接，沉降回流室下面設有過濾清液室。本發明採用高科技多學科的組合工藝形式，無二次汙染，有效地解決了含難降解有機物廢水治理的難題，而且處理效果好，成本低。
文檔編號C02F1/78GK102190365SQ20111012943
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月18日 優先權日2011年5月18日
發明者張利娟, 楊青淼, 鍾國昌 申請人:寧波永峰環保工程科技有限公司