CN101402484B - 一种自由基深度氧化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自由基深度氧化反应器，该反应器包括：反应器本体、紫外灯和曝气装置；其中，反应器本体为密闭容器，反应器本体上分别设有与反应器本体内部连通的进水口、出水口、投药口、臭氧进气口和尾气出口；所述紫外灯、曝气装置均设在反应器本体内，紫外灯采用至少两组波长不同的中压紫光灯，曝气装置与反应器本体上的臭氧进气口连通。该反应器具有结构简单，处理难生物降解有机物能力强，反应时间短，反应效率高，应用范围广，操作简便，出水水质稳定，无二次污染，可以同其它水处理方法联合使用等优点。可作为微污染水体的深度处理反应器或者高浓度有机污染水体的预处理反应器。

Description

一种自由基深度氧化反应器

技术领域

本发明涉及一种自由基深度反应器以及以此反应器为技术核心的废水深度处理应用技术，是一种能够将难生物降解和有毒有害有机物进行深度氧化，降解为二氧化碳和水及无毒的小分子有机化合物，属于水处理和循环经济领域。

背景技术

高级氧化技术(Advanced Oxidation Process，简称AOP)被定义为可产生大量羟基自由基的技术过程，即利用各种光、声、电、磁等物理和化学过程产生大量自由基，进而利用自由基的强氧化特性对废水中有机物进行降解的技术过程。

现有技术将臭氧和紫外光组合的工艺纷繁众多，但主要分为两类，一类是紫外灯(高压或低压汞灯)在反应器上部的照射式反应器，此类反应器所需的紫外灯(高压或低压汞灯)由于并不在水溶液内部，所以损失的光量子较多，照射不均匀，光量子利用率低，且反应效率较低；当反应溶液的透光率不高时，溶液底部的反应更加不充分；第二类是紫外灯潜入式反应器，采用此类反应器虽然解决了部分紫外灯照射式反应器的缺点，但是很多反应装置采用的紫外光波长单一，功率较小，且在反应过程中容易使紫外光外部的水晶套管附着水垢，严重影响紫外光的透光率，进而影响反应效率。

由于臭氧具有很强的氧化性能，因此现有技术的曝气***为了解决抗氧化问题，基本采用陶瓷曝气头，陶瓷曝气头曝气不均匀，且空隙较大，气体首先从大孔径的气孔出气，使臭氧的溶解效率偏低。

为了提高臭氧的投加量，现有技术的普遍做法都是提高纯氧进气量，而实际上提高纯氧的进气量只有在一定范围内才是有效的，过高的纯氧进气量，使臭氧发生器无法将纯氧气及时转化为高浓度臭氧，反而使臭氧的分压减小，同样不利于臭氧的溶解和反应，并进入到投加量高，反应效果差的误区。而现在没有一种合理将臭氧、紫外光结合，并通过配合高pH水环境对废水进行处理的自由基深度氧化反应器。

发明内容

本发明实施方式提供一种自由基深度氧化反应器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种自由基深度氧化反应器，该反应器包括：反应器本体、紫外灯和曝气装置；其中，反应器本体为密闭容器，反应器本体上分别设有与反应器本体内部连通的进水口、出水口、投药口、臭氧进气口和尾气出口；所述紫外灯、曝气装置均设在反应器本体内，紫外灯采用至少两组波长不同的中压紫光灯，曝气装置与反应器本体上的臭氧进气口连通；

所述反应器本体为正方柱型的不锈钢容器，其高和底边的比为2.4∶1，反应器本体下面设有底座，反应器本体顶部设有通过螺栓固定的密封盖；

所述紫外灯的潜入长度与反应器本体的高度的比值为1∶1.2；

所述反应器还包括：设置在反应器本体内顶部与紫外灯对应的酸淋洗头，所述酸淋洗头的入口设置在反应器本体外面，与供应清洗酸液的供液装置连接。

所述投药口单独设置在反应器本体侧壁上。

所述投药口设置在所述进水口下面的反应器本体侧壁上。

所述曝气装置为纯金属钛曝气头，设置在反应器本体内的底部，曝气头的孔径为0.45～1微米。

所述紫外灯采用两组中压汞齐紫外灯，每组紫外灯至少包括两个中压汞齐紫外灯，两组紫外灯的波长分别为254nm和185nm，两组紫外灯均从所述反应器本体顶部通过水晶套管潜入式安装在反应器本体内。

由上述本发明实施方式提供的技术方案可以看出，本发明实施方式中通过臭氧进气口与臭氧提供设备连接，实现臭氧同不同波长的紫外光联合应用，通过不同的波长的紫外光，可以在激发的有机物分子中具有不饱和结构的化合物，同时增加对反应的中间产物和一些小分子有机物的激发强度，从而大大提高了对中间产物的降解力度。从而使出水水质进一步提高。

密闭的反应器本体，可增大内压使臭氧的溶解效率提高。如可以使臭氧尾气出口通入反应器外的一定深度的水体中，合理增大排气所需压力，使得体系内的压力升高，从而提升臭氧的溶解效率；另一方面，逃散的臭氧可以二次利用，达到节约成本和减少温室气体排放的效能。该反应器结构简单，处理难生物降解有机物能力强，反应时间短，反应效率高，应用范围广，操作简便，出水水质稳定，无二次污染，可以同其它水处理方法联合使用等优点。可作为微污染水体的深度处理反应器或者高浓度有机污染水体的预处理反应器。

附图说明

图1为本发明实施例的反应器的结构示意图。

图中各标号分别为：1、底座；2、反应器本体；3、曝气装置；4、投药口；5、紫外灯；6、进水口；7、酸淋洗头；8、尾气出口；9、出水口；10、臭氧进气口；11、密封盖。

具体实施方式

本发明实施方式提供一种自由基深度氧化反应器，该反应器包括：反应器本体、紫外灯和曝气装置；其中，反应器本体为密闭容器，反应器本体上分别设有与反应器内部连通的进水口、出水口、投药口、臭氧进气口和尾气出口；所述紫外灯、曝气装置均设在反应器本体内，紫外灯采用至少两组波长不同的中压紫光灯，曝气装置与反应器本体上的臭氧进气口连通。当经过生化二级处理后的中水经过该反应器时，其出水可以达到回用的标准，从而在一定程度上解决水资源短缺和难降解有机物造成的水污染问题；同时，该反应器还可应用于含高浓度有机污染物废水的预处理阶段，以改善水质，提高其可生化性，为后续处理的生化反应提供保障。

为便于理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

本实施例提供一种自由基深度氧化反应器，该反应器可以连续运行，作为微污染水体的深度处理反应器或者高浓度有机污染水体的预处理反应器，保证废水处理时二级处理后的出水经过该反应***后能够达到回用的要求，从而在一定程度上解决水资源短缺和难降解有机物造成的水污染问题；作为预处理反应器时，可以用在含高浓度有机污染物废水的预处理阶段，以改善水质，提高其可生化性，为后续的生化反应提供保障。

该反应器结构如图1所示，具体包括：反应器本体2、紫外灯5和曝气装置3；其中，反应器本体2为密闭容器，反应器本体2上分别设有与反应器本体2内部连通的进水口6、出水口9、投药口4、臭氧进气口10和尾气出口8，所述紫外灯5、曝气装置3均设在反应器本体2内，紫外灯5采用至少两组波长不同的中压紫光灯，曝气装置3与反应器本体2上的臭氧进气口10连通。其中，尾气出口8设置在反应器本体2的顶部，臭氧尾气可以通过尾气出口排出导入到终端处理***，进行二次利用。尾气出口8在反应器本体2内的开口端伸入反应器本体内部，这种结构可以将未经利用的臭氧尾气通入后续的水体消毒装置内，不但可以增大反应器内压，加速臭氧溶解，而且可以对臭氧进行二次利用。

其中，反应器本体2可以采用不锈钢制备的正方柱型容器，反应器本体2的高和底边的比为2.4∶1，这个比例可以增大臭氧的溶解效率，同时避免水体表面张力过大，导致在曝气过程中产生大量泡沫，影响反应器应用。反应器本体2上面设有通过螺栓固定的密封盖11，反应器本体2下面设有底座1。

反应器本体2内的曝气装置3采用纯金属钛曝气头，该曝气头设置在反应器本体内的底部，曝气头的孔径为0.45～1微米，曝气头的进气口与提供臭氧的臭氧发生器连接，工作时，曝气头的进气压力等于或略高于曝气头所承受的压力。曝气装置也可以采用其它结构的曝气头，或微小气泡发生装置，只要达到提高臭氧溶解和反应效率的目的即可；

上述反应器中的紫外灯5可以采用两组中压汞齐紫外灯，每组紫外灯至少包括两个中压汞齐紫外灯，两组紫外灯的波长分别为254nm和185nm，两组紫外灯均从所述反应器本体顶部的密封盖上通过水晶套管潜入式安装在反应器本体内，所述紫外灯的潜入长度与反应器本体的高度的比值为1∶1.2。这种比例结构使紫外灯尽可能地与水体接触，增大光量子的利用效率，减少紫外光照射的盲区。

为方便清洗紫外灯外面的水晶套管上结的水垢，在反应器本体顶部的密封盖上设置与紫外灯及水晶套管对应的酸淋洗头，酸淋洗头的出液口与水晶套管的安装位置对应，所述酸淋洗头的入口设置在反应器本体外面，与供应清洗酸液的供液装置连接，这样当水晶套管外面集结水垢后，通过供液装置提供的酸液经酸淋洗头喷出，可以方便的去除附着在水晶套管上的水垢，达到清洗的目的，这种酸淋洗头的设置不用将结水垢的水晶套管取出进行清洗或更换，减少了反应器的维护难度，也保证了紫外灯的照射效果。

上述反应器上设置的投药口，可以作为湿法加药的入口，用于向反应器本体内加入碱，以作为自由基的来源，并且通过加入的碱可以中和有机物降解过程中所产生的有机酸，防止溶液pH下降。该投药口还可以设置在所述进水口上，当向反应器本体内引入废水时直接加入碱，对溶液进行调节。

该反应器使用过程中，将臭氧进气口与臭氧供气设备连接，向反应器内供应臭氧，并通过两组不同波长的紫外灯照射的配合，对反应器本体的进水口引入的废水溶液进行处理，处理后的溶液经出水口排出，处理过程中可以通过投药口投入碱，保证溶液中的自由基和防止pH值下降。

该反应器主要针对难于生物降解的有机污染物，比如单宁，木质素，半木质素，染料以及氯苯及其衍生物等。采用臭氧同两组不同波长的中压紫外灯以及高pH溶液联合方式，产生高浓度羟基自由基，利用羟基自由基的强氧化特性，将这些难生物降解的有机物完全矿化，或者将其转化为易于生物降解的有机物质，再通过后续的生物反应器将其降解完全。此反应器的功效有两方面，其一，用于微污染水体(经过二级处理)的深度处理。其二，用于未经二级处理的工业污水的预处理。

微污染水体中有机物浓度较低，透光率较高，采用纯钛金属曝气头均匀曝气，较小的气泡有利于臭氧在水溶液中的溶解，因此，增加臭氧的投加量主要通过增大曝气面积来实现，而并非增加曝气气体流速。紫外光的投加选择两个波长范围进行投加，使用时也可通过实验，扫描原水的主要紫外吸收峰位来确定所需要选择的紫外灯，紫外光的强度和投加剂量与理论计算得出的污染物及污染物降解过程中产生的中间产物的浓度有关。紫外灯的潜入安装位置同曝气头产生的微小气泡的区域分离，避免紫外光因为受到气泡的散射作用使透光效率下降。在工业污水的预处理阶段，经常会面临一些色度很高，透光率较差的污水，我们采用持续投加碱的方法，使反应过程中溶液的pH值持续保持较高，反应保持在高效反应阶段。

针对一些持久性污染物而言，可以在使用本实施例中的反应器同相应的催化剂一同联合使用，或在后续处理中同生物法联合使用，对持久性有机污染物进行物理和化学清除和生物清除。

采用恒定压力或者其它方式将臭氧尾气出口的压力恒定在某一个值，使臭氧的溶气效率提高。

本实施例的反应器具有下述优点：

(1)将臭氧同不同波长的紫外光联合应用，如采用254nm紫外光和185nm紫外光，254nm的紫外光主要激发有机物分子中具有不饱和结构的化合物，而通过185nm紫外光可增加对反应的中间产物和一些小分子有机物的激发强度，并通过采用一组(至少两个紫外灯)，加强了185nm紫外光的剂量，从而大大提高了对中间产物的降解力度。从而使出水水质进一步提高；

(2)将臭氧同高pH环境联合应用，采用经投药口持续投加碱的实时补碱方式，使OH^-作为羟基自由基的持续来源进行投加，增加了羟基自由基的产生量，达到及时修正精确补充消耗掉的OH^-，从而使整个反应都能在高pH条件下进行，提高了处理效率；

(3)反应器采用密闭体系，可增大内压使臭氧的溶解效率提高，将臭氧尾气出口通入一定深度的反应器本体内的水体底部，合理增大排气所需压力，使得反应器内的压力升高，从而提升臭氧的溶解效率；另一方面，逃散的臭氧可以二次利用，达到节约成本和减少温室气体排放的效能；

(4)反应器的反应器本体采用不锈钢材质，在顶部设有酸淋洗头，可以定期酸洗紫外灯水晶套管外壁以及反应器内壁上的水垢，整体设计具有高效，稳定，耐用的特征，紫外光通过水晶套管潜入式安装，使紫外光灯管可以在反应器外部随时更换，减少了检修的操作难度。曝气头选用抗氧化且曝气均匀的纯钛金属曝气头，曝气量稳定，溶气效果突出。

综上所述，本发明实施例中的反应器具有处理难生物降解有机物能力强，反应高效快速，应用范围广操作简便，出水水质稳定，无二次污染以及维护方便等优点，可作为微污染水体的深度处理反应器或者高浓度有机污染水体的预处理反应器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种自由基深度氧化反应器，其特征在于，该反应器包括：反应器本体、紫外灯和曝气装置；其中，反应器本体为密闭容器，反应器本体上分别设有与反应器本体内部连通的进水口、出水口、投药口、臭氧进气口和尾气出口；所述紫外灯、曝气装置均设在反应器本体内，紫外灯采用至少两组波长不同的中压紫光灯，两组紫外灯均从所述反应器本体顶部通过水晶套管潜入式安装在反应器本体内，曝气装置与反应器本体上的臭氧进气口连通；

所述反应器本体为正方柱型的不锈钢容器，其高和底边的比为2.4∶1，反应器本体下面设有底座，反应器本体顶部设有通过螺栓固定的密封盖；

所述紫外灯的潜入长度与反应器本体的高度的比值为1∶1.2；

所述反应器还包括：设置在反应器本体内顶部与紫外灯对应的酸淋洗头，所述酸淋洗头的入口设置在反应器本体外面，与供应清洗酸液的供液装置连接。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述投药口单独设置在反应器本体侧壁上。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述投药口设置在所述进水口下面的反应器本体侧壁上。

4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述曝气装置为纯金属钛曝气头，设置在反应器本体内的底部，曝气头的孔径为0.45～1微米。

5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述紫外灯采用两组中压汞齐紫外灯，每组紫外灯至少包括两个中压汞齐紫外灯，两组紫外灯的波长分别为254nm和185nm。

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