[实用新型]一种臭氧催化氧化反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种废水处理装置，具体地说是用于臭氧催化氧化法处理难生物降解废水的反应器。

背景技术

处理难生物降解废水：如反渗透浓水、苯胺装置生产废水等，采用化学法用氧化剂将有机物氧化进行去除，具有运行时间短、处理彻底、耐冲击性强、无二次污染的优点。臭氧作为一种氧化剂，来源方便、处理成本低、工艺过程相对简单。然而单独使用臭氧氧化工艺存在溶解度低、利用率低、氧化能力不足且选择范围狭窄的问题。影响臭氧氧化效率的因素包括气液相传质时的效率和臭氧与有机物反应的动力学因素。合理的催化剂可促进水中臭氧的分解，加快有机物氧化速率，同时，臭氧催化氧化反应器的设计可提高气液传质效率，从而提高臭氧的溶解效率。

在0℃下压力为1.02kgf/cm2的纯气体，臭氧的吸收系数为0.65，是纯氧的13.3倍。在实际应用中，1～20gO3/m3气的浓度范围内，臭氧溶于水时遵循“亨利定律”，这意味着一定温度下，臭氧的溶解度与其分压成正比。除分压外，液相的温度也影响着臭氧在水中的溶解度。温度越低，臭氧的溶解度越高。

而在实际应用中，由于所用设备的实际阻力一致，含臭氧工艺气体的总压力一般限制到1.5bar(绝对压力)。很多扩散装置采用间接加压，来改变气相在液相的扩散压力。无论采用空气还是臭氧作为工艺气体，都会造成氮气的富集，同时表现氧过饱和，并逸出富氮气体。若较高压力下工作，氧和氮的溶解比均随着压力线性增长直到压力等于1MPa，可避免为了循环气体中脱除氮气而排掉部分尾气。赫希斯特法的根据就是由此产生的“超量溶解氧”具有高效及可利用的特点。ZL98104436就是通过水处理压缩机增压以促进氧化，将臭氧进行压缩同时为反应器加压。

臭氧在低压(p≤0.05MPa)下的溶解，即使工艺气体中臭氧的浓度低：如≤3.125×10-4mol/L(15gO3／m3空气)，平衡浓度Cs值也能达到2.083×10-4mol/L(10gO3／m3水)。但在实际工作中现有的接触系统，这样的平衡浓度是不可能达到的，这缘于以下一些因素：①臭氧吸收动力学及尾气中臭氧的损失；②臭氧在溶解过程中或溶解后随即的反应；③水中溶解臭氧的分解，有数据显示，臭氧在污水中的分解速度是自来水中的100倍；④因接触设备的运转而破坏的臭氧；⑤接触过程中，臭氧与靠近“密集臭氧气泡”附近基质的反应。因此，接触设备的类型及反应时的条件，不仅影响臭氧在水中的溶解，同时影响臭氧对有机物的氧化。有机物的氧化很大程度取决于臭氧从气相到水相的转移，实验研究可以发现，臭氧从气相传质到液相，其传质系数主要取决于气/液两相紊流程度、臭氧气泡大小和数量、两相接触传质界面积以及臭氧化反应动力学等因素。

臭氧反应器或扩散装置种类繁多，鼓泡塔是通过塔底部的气体扩散器，和/或塔内的隔板，将臭氧引入水中，从而提高臭氧溶解效率，塔顶未溶解的臭氧可再循环至塔内。适用于大液体容积受反应效率的系统，塔内混合的程度依气泡大小和表面气体流速而定。此方法效率较低，且扩散孔易堵塞。

喷淋塔则采用将液体喷洒到大量含臭氧的气体中，界面面积大且接触时间短，但能耗高，喷嘴易堵塞，适合小储液量的快反应。

板式塔适用于慢反应的臭氧反应，可提供的停留时间长。运行时，气液逆流，液体在每层塔板上重新分配，使得水流在整个塔高度方向均匀分布，可变孔径的穿孔塔板还可提供气液接触的湍流度。

填料塔是立罐内装以填料，来分散气流和水流，并促进混合，可以提供大的界面面积，适用于受传质控制的反应。其中填料也可以起到催化剂作用来促进反应。塔内逆流顺流操作都可以，顺流时与同向降流相比，同向升流可提供较好的气液混合，但会碰到压降较高和流量限制问题。由于液体和气体基本上在同一通道内通过填料，对于有限运行来说，液体和气体负荷的范围较窄，塔内易发生孤立温度偏离，难以保持温度分布。专利202054694提供了一个臭氧强氧化内电解反应器，将铁碳滤料层作为填料进行氧化反应，对医药污水的去除有了明显的提高。

其他臭氧接触方式还有多孔扩散器、管道混合器、喷射器及涡轮混合器。这一类接触方式多是配合接触器一起使用，以提高臭氧溶解效率，减少能耗及臭氧分解率，适合短暂液体滞留，受传质限制的反应。

因此，需要克服现有的方法存在的缺点改进臭氧接触反应效率。

发明内容

本实用新型提供一种臭氧催化氧化反应器，不仅缩短臭氧化反应时间，提高臭氧利用率，且减少臭氧投加量，降低设备投资和运行费用。