申請日2015.07.24

　　公開(公告)日2015.12.09

　　IPC分類號C02F1/78

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種采用柔性載體催化劑的浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器及其處理廢水的方法。所發(fā)明的反應(yīng)器內(nèi)安裝了浮動催化床組件，由上下固定架和掛繩構(gòu)成。掛繩上有多孔環(huán)板，柔性浮動催化劑的一端固定在多孔環(huán)板上。反應(yīng)器上方配備布水裝置，用于將廢水平均分配至各個(gè)部位，下方配備進(jìn)氣管和布水器，用于將氣體充分?jǐn)U散。本發(fā)明利用浮動床上裝備的輕質(zhì)柔性纖維狀催化劑，可使催化劑均勻分布在反應(yīng)器空間內(nèi)，結(jié)合臭氧氣泡的擾動，提高了氣固液傳質(zhì)效率和臭氧利用率、降低了系統(tǒng)阻力，可以有效地將廢水中難降解有機(jī)物分解、礦化。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器，其特征在于它包括殼體(1)、進(jìn)水管(2)、進(jìn)水布水器(4)、出水管(3)、帶有尾氣分解罐的尾氣排放管(5)、臭氧進(jìn)氣管(6)和微孔氣體擴(kuò)散板(7)組成;臭氧進(jìn)氣管穿入殼體(1)與微孔氣體擴(kuò)散板(7)連接;進(jìn)水管(2)穿入殼體(1)與進(jìn)水布水器(4)連接;殼體(1)內(nèi)裝有柔性浮動催化劑(9)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器中安裝了浮動催化床組件。

　　3.浮動催化床組件由上固定架(8-1)、下固定架(8-2)和掛繩(8-3)構(gòu)成;掛繩上有多孔環(huán)板(8-4)，柔性浮動催化劑(9)的一端固定在多孔環(huán)板(8-4)上。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器，其特征在于所述浮動催化床組件的掛繩(8-3)上也可以不安裝多孔環(huán)板，柔性浮動催化劑(9)的一端直接固定在掛繩(8-3)上。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器，其特征在于所述浮動催化床組件中催化劑為柔性纖維狀材料，包括但不限于碳纖維、活性炭纖維等。

　　6.柔性纖維狀材料表面可以負(fù)載活性物質(zhì)，也可以直接作為催化劑使用。

　　7.一種利用權(quán)利要求1所述的浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器處理廢水的方法，其特征在于廢水經(jīng)進(jìn)水管(2)進(jìn)入反應(yīng)器，由于上方進(jìn)水布水器(4)向下布水;臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧混合氣體經(jīng)臭氧進(jìn)氣管(6)通入，并通過微孔氣體擴(kuò)散板(7)將臭氧混合氣體分散成為均勻且微小的氣泡;大量的小氣泡向上流動，帶動輕質(zhì)的纖維狀柔性浮動催化劑飄散于廢水中且上下浮動，形成氣、液、固三相浮動床;在臭氧與纖維狀柔性浮動催化劑形成的浮動床的催化氧化作用下，廢水中的有機(jī)物降解;處理后的水通過出水管(3)排出。

　　說明書

　　浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器及其處理廢水的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種處理廢水的臭氧催化反應(yīng)器及其處理廢水的方法，具體涉及采用柔性載體催化劑的浮動床催化氧化反應(yīng)器及其處理難降解有機(jī)污染物廢水的方法。

　　背景技術(shù)

　　臭氧催化氧化水處理裝置是氣、固、液三相反應(yīng)體系，如何在不增加流體阻力的情況下加強(qiáng)系統(tǒng)的傳質(zhì)能力，提高催化劑催化效果，是研究者追求的目標(biāo)。近些年來，許多學(xué)者對于流化床和固定床加載新型催化劑，降解難降解有機(jī)污染物做了許多的研究。但是流化床和固定床反應(yīng)器均有結(jié)構(gòu)性缺點(diǎn)。流化床臭氧催化氧化體系為保證催化劑處于流化狀態(tài)，對密度有一定的要求，較高密度的催化劑需要較大的進(jìn)氣流速將催化劑吹起進(jìn)行流化，容易造成體系中臭氧利用率低，并且動力消耗高;固定床臭氧催化氧化體系催化劑用量大，系統(tǒng)壓力損失大，而且易造成流動不均勻、氣液固三相傳質(zhì)效率不佳。

　　傳統(tǒng)的催化劑多以顆粒狀的剛性多孔物質(zhì)如γ-Al2O3、多孔硅膠等為載體。近年來活性炭纖維逐漸進(jìn)入人們的視線，但研究者更多的是考慮其高比表面積及微孔特性表現(xiàn)出來的強(qiáng)大吸附性能，從而衍生出來的與其他氧化劑的良好的協(xié)同作用，因此將活性炭纖維引入高難度降解廢水領(lǐng)域是可行且重要的。

　　姜元臻等選擇活性炭纖維作為催化劑，考察活性炭纖維與O3協(xié)同作用催化降解水溶液中4-氯酚。研究表明，活性炭纖維表面具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，對4-氯酚有良好的吸附作用，在動力學(xué)上提高了其與O3反應(yīng)的起始濃度，并且活性炭纖維表面含氧、含氮等基團(tuán)的催化作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，1L濃度為100mg/L的4-氯酚水樣中投加2g活性炭纖維反應(yīng)6min時(shí)，吸附作用對TOC的去除率為43.4%，而活性炭纖維協(xié)同O3作用時(shí)的TOC去除率提高到72.5%;在選定的反應(yīng)條件下，活性炭纖維協(xié)同O3降解焦化廢水生物處理尾水，60min時(shí)的TOC與色度的去除率分別達(dá)到56.8%和96.3%。上述研究過程證明了吸附作用與催化作用的協(xié)同能有效降解生物過程不能降解的焦化廢水中惰性有機(jī)污染物，具有明顯的優(yōu)越性。

　　由于活性炭纖維的不同的孔結(jié)構(gòu)特征，經(jīng)過二次活化的具有較大比表面積和總孔體積的樣品表現(xiàn)出不同的催化臭氧化動力學(xué)：二次活化的活性炭對于催化臭氧化的效率幾乎沒有什么影響，而二次活化的活性炭纖維能夠使催化臭氧化效率具有小幅度的提高，其結(jié)果表明在符合實(shí)際應(yīng)用的條件下，在30min內(nèi)，對2,4-二氯苯酚的催化氧化去除率達(dá)到99%以上，與活性炭相比，不僅速度有了提升，而且，有機(jī)污染物的去除率也得到了大幅度的提升。

　　浮動床是一種在生物膜反應(yīng)器和過濾器等方面有所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。例如生物膜反應(yīng)器中可以采用柔性懸浮填料構(gòu)成生物膜而形成的浮動床。葛敬發(fā)明了一種過濾器，特別是一種浮動床過濾器(發(fā)明專利，專利公開號CN101152609A)，主要用于對水的凈化處理。在每層濾板的下方設(shè)有懸浮顆粒濾料，此裝置在反洗過程中，不需借助于壓力，不消耗能源，容易操作，且排污流量小。其過濾的精度可通過更換濾料粒徑的大小，進(jìn)行調(diào)整控制，過濾效果好，運(yùn)行成本低。

　　研究表明，活性炭纖維等柔性催化劑在處理廢水方面具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，具有比活性炭高得多的催化臭氧化效率。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種構(gòu)造合理，操作方便、可靠，柔性催化劑可以布置在反應(yīng)器空間，催化劑催化性能高、催化劑無流失、運(yùn)行穩(wěn)定、進(jìn)氣流速要求低、有機(jī)污染物去除率高、礦化度高、臭氧利用率高、沿程阻力低，操作簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)的浮動床催化氧化反應(yīng)器及其處理廢水的方法。

　　本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器，其中浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器的主體為豎立的圓形或矩形結(jié)構(gòu)，主要由筒體、上下封蓋、帶有閥門的進(jìn)水管及出水管、配備在進(jìn)水管尾部的均勻布水器、臭氧進(jìn)氣管、配備在臭氧進(jìn)氣管尾部的微孔氣體擴(kuò)散板、帶有尾氣分解罐的尾氣排放管組成;上封蓋頂部與帶有尾氣分解罐的尾氣排放管連接;帶有閥門的進(jìn)水管穿過殼體的上部，與分散在反應(yīng)器上部的布水器相連;臭氧進(jìn)氣管穿過下封頭的側(cè)面，進(jìn)氣管裝備微孔氣體擴(kuò)散板，與殼體內(nèi)的柔性浮動催化劑相對應(yīng)，下封蓋底部與出水管連接。

　　反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置用于固定浮動床催化劑的上下固定架，兩固定架之間配備掛繩，掛繩上平均分配多孔環(huán)板用于懸掛柔性浮動催化劑。

　　柔性載體的浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器采用豎向的多串多孔環(huán)板搭載以柔性纖維狀材料為載體、負(fù)載用于臭氧催化氧化的催化劑(例如含有鐵、錳等氧化物的催化劑)，以通過微孔氣體擴(kuò)散板擴(kuò)散出的上升的微小氣泡為主要動力，由于纖維狀催化劑密度適中，氣、液、固三相浮動狀態(tài)良好，可以在反應(yīng)器內(nèi)充分、大范圍鋪展、浮動，與廢水、臭氧充分接觸，傳質(zhì)效果好，從而增大廢水的降解程度與速度。本專利可以在更短的時(shí)間內(nèi)，將廢水中的大分子難降解有機(jī)物分解為小分子易降解的有機(jī)物，最終降解為CO2和H2O，從而使污染物得到較高的去除率和礦化度，并且不易造成催化劑的流失。由于反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單且對進(jìn)氣流速和臭氧濃度無過高要求，因此易于在實(shí)際中放大應(yīng)用從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。本裝置可以通過加入氧化性強(qiáng)的臭氧與特定催化劑進(jìn)行催化氧化，在三相浮動狀態(tài)下，可產(chǎn)生大量羥基自由基，從而加快、加深反應(yīng)進(jìn)行的程度，從而使大分子難降解有機(jī)物得到快速徹底地去除、礦化。由于本發(fā)明浮動床是多串、豎向地固定在反應(yīng)器內(nèi)，在保證催化劑充分浮動、與廢水和臭氧充分接觸的前提下，節(jié)約了占地面積，而且催化劑固定的多孔環(huán)板串于掛繩上形成浮動床，需要更換、清洗時(shí)直接取出掛繩即可，方便快捷。同時(shí)豎向布置，可以根據(jù)實(shí)際要求相應(yīng)增加掛繩或多孔環(huán)板的數(shù)量，易于在反應(yīng)器寬度和高度上進(jìn)行一定放大，因此易于實(shí)現(xiàn)柔性載體的浮動床臭氧催化氧化反應(yīng)器在工業(yè)上的放大應(yīng)用。

　　本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，帶來的有益效果是：催化劑催化性能高、催化劑無流失、運(yùn)行穩(wěn)定、進(jìn)氣流速要求低、有機(jī)污染物去除率高、礦化度高、臭氧利用率高、不造成二次污染，操作簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。