申請(qǐng)日2017.11.09

　　公開(公告)日2018.01.19

　　IPC分類號(hào)C02F1/72; C02F1/78; C02F101/34

　　摘要

　　本發(fā)明提供一種凈化廢水的催化氧化反應(yīng)器及其凈化方法，整個(gè)催化氧化反應(yīng)器為三層套筒式的塔式結(jié)構(gòu);催化氧化反應(yīng)器由外向內(nèi)，依次分為尾氣排放控制區(qū)、廢水預(yù)熱區(qū)和催化氧化反應(yīng)區(qū)等不同功能區(qū)。原料廢水由催化氧化反應(yīng)器的底部入口進(jìn)入催化氧化反應(yīng)器，臭氧由催化氧化反應(yīng)器的頂部臭氧入口進(jìn)入催化氧化反應(yīng)器，原料廢水和臭氧在催化氧化反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)過多次混合、反應(yīng)后，處理合格的凈化水由凈化水出口流出催化氧化反應(yīng)器，反應(yīng)完成后的氣體由尾氣排放口流出催化氧化反應(yīng)器，COD的脫除效率可以達(dá)到80%以上。本發(fā)明的催化氧化反應(yīng)器特別適用于含甲醇廢水的凈化。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種凈化廢水的催化氧化反應(yīng)器，其特征在于，催化氧化反應(yīng)器為三層套筒式的塔式結(jié)構(gòu);催化氧化反應(yīng)器由外向內(nèi)，依次設(shè)置尾氣排放控制區(qū)(c)、廢水預(yù)熱區(qū)(b)和催化氧化反應(yīng)區(qū)(a);在催化氧化反應(yīng)區(qū)(a)內(nèi)裝填有催化氧化催化劑，所述催化氧化反應(yīng)區(qū)(a)從上到下依次包括預(yù)反應(yīng)區(qū)(d)、氣液緩沖區(qū)(h)、主反應(yīng)區(qū)(e)和后反應(yīng)區(qū)(f)，在預(yù)反應(yīng)區(qū)(d)的上方設(shè)有液體分布器(14)，在主反應(yīng)區(qū)(e)上方設(shè)有氣液緩沖區(qū)(h)，在氣液緩沖區(qū)(h)上方設(shè)有氣液再分布器(16)，在催化氧化反應(yīng)器底部(17)下方設(shè)有氣液分離區(qū)(g)，在氣液分離區(qū)(g)的下方設(shè)有凈化水出口(4)，在催化氧化反應(yīng)器的頂部設(shè)有臭氧入口(1)，在催化氧化反應(yīng)器一側(cè)的下方設(shè)有廢水入口(2)，在催化氧化反應(yīng)器一側(cè)的上方設(shè)有尾氣排放口(3)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化氧化反應(yīng)器，其特征在于，臭氧分布器(13)垂直設(shè)在催化氧化反應(yīng)區(qū)(a)內(nèi)部，位于臭氧入口(1)的下方;在臭氧分布器(13)上還設(shè)有單向曝氣裝置(15)。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化氧化反應(yīng)器，其特征在于，在氣液分離區(qū)(g)的上方設(shè)有攔液篩網(wǎng)(10)，在尾氣排放控制區(qū)(c)的下方設(shè)有單向曝氣閥(9)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化氧化反應(yīng)器，其特征在于，在廢水入口(2)內(nèi)部設(shè)有原料廢水分配口A(7)和原料廢水分配口B(8)，原料廢水分配口A(7)與尾氣排放控制區(qū)(c)連接，原料廢水分配口B(8)與廢水預(yù)熱區(qū)(b)連接。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化氧化反應(yīng)器，其特征在于，在尾氣排放控制區(qū)(c)內(nèi)部裝有催化氧化催化劑，還設(shè)有氣液擾動(dòng)裝置(6)和催化劑觀測(cè)口(5)。

　　6.一種采用權(quán)利要求1-5任一種催化氧化反應(yīng)器進(jìn)行廢水凈化方法，其特征在于，原料廢水由催化氧化反應(yīng)器底部廢水入口(2)進(jìn)入廢水預(yù)熱區(qū)(b)，經(jīng)廢水預(yù)熱區(qū)(b)預(yù)熱至60-90℃，預(yù)熱后原料廢水通過液體分布器(14)進(jìn)入催化氧化反應(yīng)區(qū)(a);由臭氧入口(1)向催化氧化反應(yīng)器通入相應(yīng)比例的臭氧，臭氧通過臭氧分布器(13)進(jìn)入催化氧化反應(yīng)區(qū)(a)，臭氧與原料廢水經(jīng)過三次混合、催化反應(yīng)后使原料廢水達(dá)到凈化水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過凈化水出口(4)排出，反應(yīng)尾氣經(jīng)過氣液分離區(qū)(g)進(jìn)入尾氣排放控制區(qū)(c)繼續(xù)進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后排出催化氧化反應(yīng)器。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，反應(yīng)尾氣經(jīng)過氣液分離區(qū)(g)氣液分離后，經(jīng)過攔液篩網(wǎng)(10)，通過單向曝氣閥(9)進(jìn)入尾氣排放控制區(qū)(c)，由原料廢水分配口A(7)進(jìn)入的部分原料廢水與反應(yīng)尾氣繼續(xù)進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后由尾氣排放口(3)排出催化氧化反應(yīng)器。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，催化氧化催化劑的體積與反應(yīng)器的體積比為(1:3)～(1:5)。

　　說明書

　　一種凈化廢水的催化氧化反應(yīng)器及其凈化方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種凈化廢水的催化氧化反應(yīng)器，特別適用于含甲醇廢水的凈化。

　　背景技術(shù)

　　甲醇是重要的化工產(chǎn)品與原料，資源豐富，也是未來的重要能源之一。但甲醇對(duì)微生物、水生生物和人體均有毒性，其作為一種有機(jī)污染物也廣泛存在于基本有機(jī)合成、塑料、人造纖維、制藥、離子交換樹脂、石油化工、林業(yè)化工及硫酸鹽紙漿等生產(chǎn)廢水中。

　　目前，對(duì)于甲醇廢水的處理主要有物理、化學(xué)處理方法和生物處理方法。其中，化學(xué)處理方法具有流程簡(jiǎn)單、處理廢水濃度區(qū)間范圍寬、處理量大、處理時(shí)間短等特點(diǎn)，使其在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。采用化學(xué)法處理甲醇廢水可選用的化學(xué)氧化劑有臭氧、氯系氧化劑等。用臭氧處理甲醇廢水時(shí)，中間產(chǎn)物是甲醛，最終產(chǎn)物是CO2。質(zhì)量濃度為5000mg/L的甲醇廢水經(jīng)一步催化氧化過程后，其脫除率可以達(dá)到80%以上。

　　但如何進(jìn)一步提升催化氧化處理廢水技術(shù)的效率，就成為了催化氧化技術(shù)廣泛應(yīng)用與廢水治理領(lǐng)域的瓶頸之一。為滿足日益增長(zhǎng)的廢水治理需求，針對(duì)化學(xué)方法處理高濃度廢水，本領(lǐng)域技術(shù)人員一般會(huì)不斷改進(jìn)催化氧化催化劑的性能，同時(shí)催化氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)更傾向于一體化集成設(shè)計(jì)，如何通過優(yōu)化體系的物流和能流分配，使反應(yīng)器內(nèi)部不同的吸放熱過程達(dá)到最佳的能量利用效率，同時(shí)使反應(yīng)系統(tǒng)更加小型化、集成化，進(jìn)而提高全系統(tǒng)的能量效率，是催化氧化治理廢水技術(shù)實(shí)用化的根本前提。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明目的在于提供一種凈化廢水的催化氧化反應(yīng)器，催化氧化反應(yīng)器可以解決如下問題：一、常溫、無任何外供熱的情況下即可啟動(dòng)并自動(dòng)維持反應(yīng)器的正常運(yùn)行;二、可根據(jù)用要求，適用于不同濃度的廢水處理;三、將換熱與反應(yīng)、混合與分離等多種功能集成于一體，提高整個(gè)催化氧化反應(yīng)器的緊湊度，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的小型化。

　　為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種凈化廢水的催化氧化反應(yīng)器為三層套筒式的塔式結(jié)構(gòu);催化氧化反應(yīng)器由外向內(nèi)，依次設(shè)置尾氣排放控制區(qū)、廢水預(yù)熱區(qū)和催化氧化反應(yīng)區(qū);在催化氧化反應(yīng)區(qū)內(nèi)裝填有催化氧化催化劑;所述催化氧化反應(yīng)區(qū)從上到下依次包括預(yù)反應(yīng)區(qū)、氣液緩沖區(qū)、主反應(yīng)區(qū)和后反應(yīng)區(qū)，在預(yù)反應(yīng)區(qū)的上方設(shè)有液體分布器，在主反應(yīng)區(qū)上方設(shè)有氣液緩沖區(qū)，在氣液緩沖區(qū)上方設(shè)有氣液再分布器，在催化氧化反應(yīng)器底部下方設(shè)有氣液分離區(qū)，在氣液分離區(qū)的下方設(shè)有凈化水出口，在催化氧化反應(yīng)器的頂部設(shè)有臭氧入口，在催化氧化反應(yīng)器一側(cè)的下方設(shè)有廢水入口，在催化氧化反應(yīng)器一側(cè)的上方設(shè)有尾氣排放口。

　　本發(fā)明另一個(gè)目的請(qǐng)求保護(hù)上述凈化廢水的方法，具體步驟如下：原料廢水由催化氧化反應(yīng)器底部廢水入口進(jìn)入廢水預(yù)熱區(qū)，經(jīng)廢水預(yù)熱區(qū)預(yù)熱至60-90℃，預(yù)熱后原料廢水通過液體分布器進(jìn)入催化氧化反應(yīng)區(qū);由臭氧入口向催化氧化反應(yīng)器通入相應(yīng)比例的臭氧，臭氧通過臭氧分布器進(jìn)入催化氧化反應(yīng)區(qū)，臭氧與原料廢水經(jīng)過三次混合、催化反應(yīng)后使原料廢水達(dá)到凈化水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過凈化水出口排出，反應(yīng)尾氣經(jīng)過氣液分離區(qū)進(jìn)入尾氣排放控制區(qū)繼續(xù)進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后的尾氣經(jīng)泡沫阻隔網(wǎng)后由尾氣排放口排出催化氧化反應(yīng)器。

　　本發(fā)明催化氧化反應(yīng)器集氣體分布、氣液混合、氣液返混、預(yù)熱、催化氧化反應(yīng)于一體，能量效率高。催化氧化反應(yīng)器分為尾氣排放控制區(qū)、廢水預(yù)熱區(qū)和催化氧化反應(yīng)區(qū)等不同功能區(qū)。尾氣排放控制區(qū)保證排放的尾氣中臭氧含量達(dá)標(biāo);廢水預(yù)熱區(qū)可以吸收催化氧化反應(yīng)區(qū)內(nèi)生成的反應(yīng)熱，在有效控制催化氧化反應(yīng)區(qū)溫度的同時(shí)，將廢水預(yù)熱區(qū)內(nèi)的原料廢水預(yù)熱到60-90℃;廢水預(yù)熱區(qū)原料廢水和催化氧化反應(yīng)區(qū)內(nèi)流體采用對(duì)流流動(dòng)方式，能大幅度提供兩者之間的換熱效率。整個(gè)催化氧化反應(yīng)區(qū)可以分為預(yù)反應(yīng)區(qū)、主反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)區(qū)，采用三段式催化氧化反應(yīng)，每段反應(yīng)區(qū)都裝填有催化氧化催化劑。在啟動(dòng)催化氧化反應(yīng)器時(shí)，少量原料和臭氧經(jīng)過多次混合并進(jìn)入不同的反應(yīng)區(qū)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)反應(yīng)器的常溫、無任何外供熱情況下的啟動(dòng)。

　　本發(fā)明臭氧的進(jìn)氣方式采用多段進(jìn)料，保證了臭氧在催化氧化反應(yīng)區(qū)軸向上的濃度分布;同時(shí)在每一段臭氧的進(jìn)口部位，采用單向爆氣裝置，保證了臭氧在催化氧化反應(yīng)區(qū)徑向上的濃度分布。通過臭氧分布器及入口總量的調(diào)整，可以處理不同濃度的廢水。

　　本發(fā)明采用催化氧化反應(yīng)器內(nèi)部物流之間的逆流流動(dòng)、廢水預(yù)熱區(qū)和催化氧化反應(yīng)區(qū)之間的換熱集成，內(nèi)部氣液分離區(qū)及氣液分布器的設(shè)計(jì)，對(duì)流體換熱與反應(yīng)之間能量的補(bǔ)給和交換進(jìn)行合理控制和管理，提高整個(gè)催化氧化反應(yīng)器的緊湊度，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的小型化，極大提高了全系統(tǒng)的能量效率。