公布日：2022.05.06
申請日：2022.01.14
分類號：C02F1/72(2006.01)I;C02F1/78(2006.01)I;B01J23/34(2006.01)I;C02F101/38(2006.01)N;C02F103/38(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種臭氧催化氧化反應(yīng)器及其在粘膠纖維廢水處理中應(yīng)用，臭氧催化氧化反應(yīng)器包括筒體，位于筒體內(nèi)部的射流曝氣組件、催化反應(yīng)組件以及反洗組件，催化反應(yīng)組件位于筒體內(nèi)上部，催化反應(yīng)組件包括若干可同步轉(zhuǎn)動的催化劑放置盤，每個催化劑放置盤底面、頂面和側(cè)面均設(shè)有若干用于透水的通孔，每個催化劑放置盤內(nèi)部均充填有催化填料。所述應(yīng)用為在含有甲基氧化嗎啉的萊賽爾廢水中的應(yīng)用。本發(fā)明的臭氧催化氧化反應(yīng)器將臭氧的強氧化性和催化劑的吸附、催化特性結(jié)合起來，利用臭氧分子在催化劑表面產(chǎn)生的羥基自由基去除污水中難生物降解有機物等，有效的解決了有機物降解不完全的問題。
權(quán)利要求書
1.一種臭氧催化氧化反應(yīng)器，其特征在于，包括筒體（1），位于所述筒體（1）內(nèi)部的射流曝氣組件（2）、催化反應(yīng)組件（3）以及反洗組件（4），所述射流曝氣組件（2）位于所述筒體（1）內(nèi)底部，射流曝氣組件（2）包括由筒體（1）外部延伸至筒體（1）內(nèi)部的臭氧輸送管（21）和污水輸送管（22），以及位于所述臭氧輸送管（21）和污水輸送管（22）之間的若干等間距排列設(shè)置的曝氣射流器（23），每組所述曝氣射流器（23）上方均與臭氧輸送管（21）連接，每組曝氣射流器（23）下方均與污水輸送管（22）連接；所述催化反應(yīng)組件（3）位于所述筒體（1）內(nèi)上部，催化反應(yīng)組件（3）包括若干可同步轉(zhuǎn)動的催化劑放置盤（5），每個所述催化劑放置盤（5）底面、頂面和側(cè)面均設(shè)有若干用于透水的通孔（51），每個催化劑放置盤（5）內(nèi)部均充填有催化填料；所述反洗組件（4）位于所述筒體（1）內(nèi)中部，反洗組件（4）與所述催化反應(yīng)組件（3）之間設(shè)有承托層（6），反洗組件（4）包括上下并排設(shè)置的反沖洗進水管（41）和反沖洗進氣管（42）；所述催化劑放置盤（5）為6組且上下等間距設(shè)置，每相鄰兩組催化劑放置盤（5）之間均設(shè)有一組用于傳輸催化填料的傳送桶（52），位于最下方的催化劑放置盤（5）還額外通過一組貫穿其余催化劑放置盤（5）的加長傳送桶（53）與位于最上方的催化劑放置盤（5）連接，所述傳送桶（52）和加長傳送桶（53）均與每組催化劑放置盤（5）轉(zhuǎn)動連接；所述承托層（6）包括位于下部的過濾網(wǎng)（61）和位于上部的支撐板（62），所述支撐板（62）上表面設(shè)有一組用于上下限位固定催化劑放置盤（5）的限位桿（63），所述限位桿（63）依次貫穿每組催化劑放置盤（5）后與位于所述筒體（1）內(nèi)上部的固定板（11）連接，限位桿（63）與每組催化劑放置盤（5）均轉(zhuǎn)動連接，所述固定板（11）一端設(shè)有轉(zhuǎn)動電機（7），所述轉(zhuǎn)動電機（7）下方的輸出端設(shè)有用于驅(qū)動位于最上方的一組催化劑放置盤（5）轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動輪（71），所述轉(zhuǎn)動輪（71）的外齒與最上方的一組催化劑放置盤（5）外壁設(shè)有的齒嚙合轉(zhuǎn)動連接；支撐板（62）與轉(zhuǎn)動電機（7）對應(yīng)一端的上表面設(shè)有一組立柱（8），所述立柱（8）在對應(yīng)每兩組催化劑放置盤（5）間隙處均設(shè)有一組弧形擋板（81），所述弧形擋板（81）內(nèi)表面設(shè)有齒槽（82），每組傳送桶（52）及加長傳送桶（53）外壁中部均設(shè)有齒條（54），當傳送桶（52）及加長傳送桶（53）轉(zhuǎn)動至弧形擋板（81）所在位置處時所述齒條（54）與所述齒槽（82）對接用于控制傳送桶（52）及加長傳送桶（53）轉(zhuǎn)動，位于齒條（54）上下位置處的傳送桶（53）外壁設(shè)有小孔（56）；所述傳送桶（52）及加長傳送桶（53）內(nèi)部均設(shè)有傳輸絞龍（55），傳送桶（52）內(nèi)部的傳輸絞龍（55）與加長傳送桶（53）內(nèi)部的傳輸絞龍（55）設(shè)置方向相反，傳送桶（52）用于向上送料，加長傳送桶（53）用于向下送料，傳送桶（52）及加長傳送桶（53）在縱向上圍成一個圓環(huán)且間隔角度相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臭氧催化氧化反應(yīng)器，其特征在于，所述催化填料直徑為3‑5mm，堆積密度為0.6‑0.8t/m3，比表面積為150‑300m2/g，催化填料為Y2O3、MgO以及MnO2負載的活性炭顆粒，催化反應(yīng)組件（3）高度為1.5‑3m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臭氧催化氧化反應(yīng)器，其特征在于，所述限位桿（63）上部靠近所述固定板（11）的位置處為可伸縮設(shè)置，弧形擋板（81）與立柱（8）外側(cè)設(shè)有的滑槽（83）滑動連接，弧形擋板（81）上下邊緣均設(shè)有若干用于使弧形擋板（81）沿催化劑放置盤（5）上下表面滑動的滑輪（84）。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臭氧催化氧化反應(yīng)器，其特征在于，所述筒體（1）上部一側(cè)設(shè)有出水口（12），筒體（1）頂部和側(cè)壁均設(shè)有檢修口（13）。
5.根據(jù)權(quán)利要求1‑4任意一項所述臭氧催化氧化反應(yīng)器在粘膠纖維廢水處理中應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用方法包括以下步驟：S1：將待處理的粘膠纖維廢水由污水輸送管（22）內(nèi)輸入，將質(zhì)量濃度為30‑50mg/L的臭氧由臭氧輸送管（21）內(nèi)輸入，進氣流速為1‑1.2L/min；S2：將曝氣后的廢水依次通過每組催化劑放置盤（5），開啟轉(zhuǎn)動電機（7）使催化劑放置盤（5）轉(zhuǎn)動提高催化填料的催化效果，催化反應(yīng)時間為1‑1.5h，再將催化反應(yīng)后的廢水由出水口（12）排出；S3：每隔6h反洗一次對筒體內(nèi)部及過濾網(wǎng)（61）進行清洗，通過反沖洗進氣管（42）注入空氣，氣洗強度為10‑15L/m2/s，通過反沖洗進水管（41）注入清水，水洗強度為5‑7L/m2/s，反洗時間10‑30min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種臭氧催化氧化反應(yīng)器在粘膠纖維廢水處理中應(yīng)用，其特征在于，所述催化填料的制備方法為：將活性炭顆粒浸泡于質(zhì)量濃度1mol/L的Mn(NO3)2、Mg(NO3)2和Y(NO3)3溶液中攪拌反應(yīng)6h，隨后滴加質(zhì)量濃度1mol/L的KMnO4和NaOH溶液，靜置6h，過濾得到固體混合物，將固體混合物在105‑110℃下烘干，再在400‑450℃下煅燒1‑3h得到Y(jié)2O3、MgO以及MnO2負載的活性炭顆粒，其中Y的質(zhì)量比例為1.3‑1.5%，Mg的質(zhì)量比例為0.8‑1%，Mn的質(zhì)量比例為4.7‑5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種臭氧催化氧化反應(yīng)器在粘膠纖維廢水處理中應(yīng)用，其特征在于，所述Mn(NO3)2、Mg(NO3)2和Y(NO3)3混合溶液與滴加的KMnO4和NaOH溶液體積比為29：1：1。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的問題，本發(fā)明提供了一種臭氧催化氧化反應(yīng)器及其在粘膠纖維廢水處理中應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種臭氧催化氧化反應(yīng)器，包括筒體，位于所述筒體內(nèi)部的射流曝氣組件、催化反應(yīng)組件以及反洗組件，
所述射流曝氣組件位于所述筒體內(nèi)底部，射流曝氣組件包括由筒體外部延伸至筒體內(nèi)部的臭氧輸送管和污水輸送管，以及位于所述臭氧輸送管和污水輸送管之間的若干等間距排列設(shè)置的曝氣射流器，每組所述曝氣射流器上方均與臭氧輸送管連接，每組曝氣射流器下方均與污水輸送管連接；
所述催化反應(yīng)組件位于所述筒體內(nèi)上部，催化反應(yīng)組件包括若干可同步轉(zhuǎn)動的催化劑放置盤，每個所述催化劑放置盤底面、頂面和側(cè)面均設(shè)有若干用于透水的通孔，每個催化劑放置盤內(nèi)部均充填有催化填料；
所述反洗組件位于所述筒體內(nèi)中部，反洗組件與所述催化反應(yīng)組件之間設(shè)有承托層，反洗組件包括上下并排設(shè)置的反沖洗進水管和反沖洗進氣管；
進一步地，所述催化填料直徑為3‑5mm，堆積密度為0.6‑0.8t/m3，比表面積為150‑300m2/g，催化填料為Y2O3、MgO以及MnO2負載的活性炭顆粒，催化反應(yīng)組件高度為1.5‑3m。催化劑呈混合狀態(tài)布置，使其在高程上得到了最大化利用，催化劑的催化效果有利于強化臭氧氧化效果，降低臭氧反應(yīng)濃度，同時臭氧氧化有助于催化劑的催化活性穩(wěn)定，延遲失活周期。
進一步地，所述催化劑放置盤為6組且上下等間距設(shè)置，每相鄰兩組催化劑放置盤之間均設(shè)有一組用于傳輸催化填料的傳送桶，位于最下方的催化劑放置盤還額外通過一組貫穿其余催化劑放置盤的加長傳送桶與位于最上方的催化劑放置盤連接，所述傳送桶和加長傳送桶均與每組催化劑放置盤轉(zhuǎn)動連接；
所述承托層包括位于下部的過濾網(wǎng)和位于上部的支撐板，所述支撐板上表面設(shè)有一組用于上下限位固定催化劑放置盤的限位桿，所述限位桿依次貫穿每組催化劑放置盤后與位于所述筒體內(nèi)上部的固定板連接，限位桿與每組催化劑放置盤均轉(zhuǎn)動連接，所述固定板一端設(shè)有轉(zhuǎn)動電機，所述轉(zhuǎn)動電機下方的輸出端設(shè)有用于驅(qū)動位于最上方的一組催化劑放置盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動輪，所述轉(zhuǎn)動輪的外齒與催化劑放置盤外壁設(shè)有的齒嚙合轉(zhuǎn)動連接；
支撐板與轉(zhuǎn)動電機對應(yīng)一端的上表面設(shè)有一組立柱，所述立柱在對應(yīng)每兩組催化劑放置盤間隙處均設(shè)有一組弧形擋板，所述弧形擋板內(nèi)表面設(shè)有齒槽，每組傳送桶及加長傳送桶外壁中部均設(shè)有齒條，當傳送桶及加長傳送桶轉(zhuǎn)動至弧形擋板所在位置處時所述齒條與所述齒槽對接用于控制傳送桶及加長傳送桶轉(zhuǎn)動，位于齒條上下位置處的傳送桶外壁設(shè)有小孔。通過對催化反應(yīng)組件的改進增大廢水和催化填料的接觸面積，使催化填料不再是固定放置而是不停通過催化劑放置盤的轉(zhuǎn)動以及傳送桶的轉(zhuǎn)動完成縱向上和橫向上的更替，提高催化效果，減輕了催化填料的磨損，延長了使用壽命。
進一步地，所述限位桿上部靠近所述固定板的位置處為可伸縮設(shè)置，弧形擋板與立柱外側(cè)設(shè)有的滑槽滑動連接，弧形擋板上下邊緣均設(shè)有若干用于使弧形擋板沿催化劑放置盤上下表面滑動的滑輪。通過限位桿的上下可伸縮滑動設(shè)置帶動催化反應(yīng)組件做上下運動，從而達到進一步提高催化氧化效果的目的。
進一步地，所述傳送桶及加長傳送桶內(nèi)部均設(shè)有傳輸絞龍，傳送桶內(nèi)部的傳輸絞龍與加長傳送桶內(nèi)部的傳輸絞龍設(shè)置方向相反，傳送桶用于向上送料，加長傳送桶用于向下送料，傳送桶及加長傳送桶在縱向上圍成一個圓環(huán)且間隔角度相同。通過送料桶的轉(zhuǎn)動帶動傳輸絞龍轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)物料上下輸送的目的。
進一步地，所述筒體上部一側(cè)設(shè)有出水口，筒體頂部和側(cè)壁均設(shè)有檢修口。方便工作人員進行檢修。
如上述任意一項所述臭氧催化氧化反應(yīng)器在粘膠纖維廢水處理中應(yīng)用，應(yīng)用方法包括以下步驟：
S1：將待處理的粘膠纖維廢水由污水輸送管內(nèi)輸入，將質(zhì)量濃度為30‑50mg/L的臭氧由臭氧輸送管內(nèi)輸入，進氣流速為1‑1.2L/min；
S2：將曝氣后的廢水依次通過每組催化劑放置盤，開啟轉(zhuǎn)動電機使催化劑放置盤轉(zhuǎn)動提高催化填料的催化效果，催化反應(yīng)時間為1‑1.5h，再將催化反應(yīng)后的廢水由出水口排出；
S3：每隔6h反洗一次對筒體內(nèi)部及過濾網(wǎng)進行清洗，通過反沖洗進氣管注入空氣，氣洗強度為10‑15L/m2/s，通過反沖洗進水管注入清水，水洗強度為5‑7L/m2/s，反洗時間10‑30min。
進一步地，所述粘膠纖維廢水中主要污染物為甲基氧化嗎啉。甲基氧化嗎啉為含氮雜環(huán)化合物，化學性質(zhì)未定、難生物降解，含有較多的有機氮，生化系統(tǒng)無法有效降解去除，而通過本發(fā)明的臭氧催化氧化反應(yīng)器能夠有效去除。
進一步地，所述催化填料的制備方法為：
將活性炭顆粒浸泡于質(zhì)量濃度1mol/L的Mn(NO3)2、Mg(NO3)2和Y(NO3)3溶液中攪拌反應(yīng)6h，隨后滴加質(zhì)量濃度1mol/L的KMnO4和NaOH溶液，靜置6h，過濾得到固體混合物，將固體混合物在105‑110℃下烘干，再在400‑450℃下煅燒1‑3h得到Y(jié)2O3、MgO以及MnO2負載的活性炭顆粒，其中Y的質(zhì)量比例為1.3‑1.5％，Mg的質(zhì)量比例為0.8‑1％，Mn的質(zhì)量比例為4.7‑5％。催化劑的催化效果有利于強化臭氧氧化效果，降低臭氧反應(yīng)濃度，同時臭氧氧化有助于催化劑的催化活性穩(wěn)定，延遲失活周期。
更進一步地，所述Mn(NO3)2、Mg(NO3)2和Y(NO3)3混合溶液與滴加的KMnO4和NaOH溶液體積比為29：1：1，通過調(diào)整溶液配比達到最大反應(yīng)速率以及吸附效果。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明針對萊賽爾纖維廢水兼具常規(guī)粘膠纖維廢水所具備的高懸浮物、高色度以及高鋅離子濃度等基本特性以及含高濃度難降解NMMO的特性，開發(fā)的新型臭氧催化反應(yīng)器，有效解決了采用傳統(tǒng)粘膠纖維廢水處理方法效果不佳以及采用傳統(tǒng)臭氧催化反應(yīng)器因廢水中含有高懸浮物造成反應(yīng)器堵塞以及淬滅臭氧產(chǎn)生的羥基自由基等系列問題。
(2)本發(fā)明的針對NMMO化學結(jié)構(gòu)特性，定向開發(fā)的多金屬催化填料，提高了NMMO降解速率，同時還通過對反應(yīng)器中催化反應(yīng)組件進行改進來增大廢水和催化填料的接觸面積，并通過催化劑放置盤的轉(zhuǎn)動以及傳送桶的轉(zhuǎn)動完成縱向上和橫向上的更替，提高催化效果，減輕了催化填料的磨損，延長了使用壽命。
(3)采用本發(fā)明臭氧反應(yīng)器處理后的萊賽爾廢水的出水無色透明，COD濃度＜40mg/L，總氮濃度＜12mg/L，氨氮濃度＜4mg/L，滿足城市污水一級A排放標準，解決了目前萊賽爾廢水難以處理達標的行業(yè)難題。
（發(fā)明人：呂路;郭志成;陳振;孫柏巖;張煒銘;潘丙才）
