CN212740856U - 一种臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，包括反应塔体，反应塔体为顶部设有尾气排放管且能够封闭的密闭腔体，反应塔体至少包括自下而上的气水混合层、填料层和出水层，填料层位于所述气水混合层和出水层之间，所述气水混合层连通臭氧发生***和废水进水***，所述填料层和所述气水混合层之间由开设有布水孔的承托布水板隔开，所述填料层装填有改性活性炭催化剂，所述出水层连通有回流***和出水堰，所述回流***与所述出水层的连接口高度低于所述出水堰的高度，所述回流***将所述出水层的部分废水与所述臭氧发生***产生的臭氧混合后送入所述气水混合层，本实用新型提高了臭氧利用率，可达到更高的排放标准。

Description

一种臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备

技术领域

本实用新型涉及一种臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备。

背景技术

近年来国家提高废水排放标准以应对环境压力，城镇污水排放标准一级A标准将在全国范围内将得到推行。臭氧催化剂在废水提标排放中发挥重要作用，双催化组分催化剂相比于单组份催化剂催化效率更高，但由于活性炭强度较低其发展受到限制。

臭氧具有极强的氧化性能在水中可短时间内自行分解，无二次污染，是理想的水处理用绿色氧化剂。目前，臭氧技术在水处理领域中的许多方面得到了应用。臭氧不仅具有很强的消毒杀菌作用，还可以氧化去除水中的难以生物降解的污染物质。单独使用臭氧处理废水所需投加量大，利用率低，性价比不高，如果结合臭氧催化剂，可有效提高臭氧的利用率，同时提高臭氧对有机物的氧化脱除率。

多相催化剂主要有三种作用，分别是吸附有机物，催化活化臭氧分子以及吸附与活化协同作用。在这类催化剂表面，有机污染物的吸附和氧化剂的活化协同作用，可以大大提高催化臭氧氧化效果。在多相催化臭氧化技术中涉及的催化剂主要是金属氧化物(Al₂O₃、TiO₂、MnO₂等)、负载于载体上的金属或金属氧化物(Cu/TiO₂、Cu/Al₂O₃、TiO₂/Al₂O₃)等以及具有较大比表面积的多孔材料。这些催化剂的催化活性主要表现为对臭氧的催化分解和促进羟基自由基的产生。

公开号为CN105366796A的中国专利公开了一种臭氧催化装置，它用于废液处理，包括臭氧催化塔本体、给臭氧催化塔本体提供臭氧的臭氧单元、给臭氧催化塔本体提供催化剂的催化单元，臭氧催化塔本体设有位于底部的进水管、高于进水管的出水口，催化单元通过管道混合器将催化剂与废液混合后与进水管相连通，臭氧单元包括用于将臭氧溶于水的臭氧溶气罐，臭氧溶气罐与进水管相连接。其采用臭氧溶气罐，将臭氧完全溶解在水中，使得臭氧与水完全接触，再通过射流器将需要投加的金属诱发剂(Fe²⁺)射入至含有完全溶解臭氧的水中进行均相催化反应，然后通过旒流的布水方式，延长废水中反应器中的停留时间，达到提高臭氧的使用率和催化氧化效率的目的，使得均相催化反应更加完全。该臭氧催化装置采用的是均相催化反应，均相臭氧催化氧化对废水中COD、TOC、色度的去除效率虽然比单独采用臭氧高，但催化剂与废水处于同一相，催化剂易流失并造成二次污染，不仅造成经济损失，同时限制了其在工业上大规模生产使用。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的问题，本实用新型提出一种臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，目的在于提高现有臭氧氧化技术中臭氧利用率低的问题，并使得排放废水达到标准要求。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，包括反应塔体，所述反应塔体为顶部设有尾气排放管且能够封闭的密闭腔体，所述反应塔体至少包括自下而上的气水混合层、填料层和出水层，所述填料层位于所述气水混合层和出水层之间，所述气水混合层连通臭氧发生***和废水进水***，所述填料层和所述气水混合层之间由开设有布水孔的承托布水板隔开，所述填料层装填有改性活性炭催化剂，所述出水层连通有回流***和出水堰，所述回流***与所述出水层的连接口高度低于所述出水堰的高度，所述回流***将所述出水层的部分废水与所述臭氧发生***产生的臭氧混合后送入所述气水混合层。

本实用新型在反应塔体的下部的气水混合层完成臭氧与废水的充分混合，混合后的废水进入填料层在改性活性炭催化剂的作用下，进一步增强臭氧氧化能力，提高去除废水中难降解有机物的能力，同时也能提高臭氧的分解速度，从而提高一体化装置对臭氧浓度负荷的抗冲击能力，回流***将废水送回气水混合层循环处理，进一步提升臭氧的利用率，最终排放达标的废水从出水堰排放。

进一步地，所述废水进水***设有包括相连通的进水泵、流量计和与所述气水混合层内部连通的进水管，所述废水进水***设有开关阀。

进一步地，所述回流***包括相连通的回流废水出水管、循环水泵、臭氧气水混合器和回流废水进水管，所述回流废水出水管作为所述回流***与所述出水层的连接口，回流废水进水管连通气水混合层的内部，回流废水出水管和回流废水进水管处各自设有开关阀。

进一步地，所述臭氧发生***连通有均设有开关阀的两条支路，一条支路通过进气管与所述气水混合层内部连通，另一条支路与所述回流***的臭氧气水混合器连通。

进一步地，所述气水混合层分布有钛曝气盘，所述进气管与所述钛曝气盘连接，通过进气曝气的方式扩大臭氧与废水的接触表面积，达到均匀混合的目的。

进一步地，所述反应塔体的填料层下端设置与外部连通的卸料管，便于催化剂卸料。

进一步地，所述改性活性炭催化剂为负载有MnO₂、Mn₂O₃中的单一或混合催化剂活性组分的活性炭，催化剂粒径为4～8mm。

进一步地，所述填料层的填料高度为0.5m～1m，填料密度约为1.1g/cm³。

进一步地，所述承托布水板为分布有多个布水孔的钢板，所述钢板上铺设有2～4目的钢丝网。

因为活性炭堆放在一起后，孔隙通道很小，进一步地，本实用新型的所述布水孔处安装有过滤头或过滤网，对进入填料层的废水进行过滤，防止堵塞。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型在密闭反应塔体的填料层装填改性活性炭催化剂，通过催化臭氧分解产生大量的羟基自由基，形成臭氧氛围下的活性炭催化氧化和金属氧化物氧化双催化氧化体系，利用活性炭的高孔隙率增加反应接触面积，形成类毛细管路径的反应接触方式，可显著提高臭氧的氧化能力，提高了臭氧的利用率，从而提升废水处理能力，使排放废水达到更高的排放标准。

2.本实用新型采用臭氧曝气加投、与回流废水混合加投两种方式，既通过曝气扩大了臭氧与废水的接触表面积，又通过回流***提高了接触反应时间，增强臭氧与废水的扰动混合度，气水混合程度高，进一步提高臭氧利用率，反应后尾气大部分为氧气和极少量的臭氧，大大降低二次污染的产生。

3.本实用新型采用非均相催化反应，通过表面配位络合机理、自由基反应机理及协同作用机理强化催化效果。协同作用反应机理是催化剂与臭氧和有机物均有相互作用，反应既可以发生在催化剂表面，也可以发生在液相主体。与均相臭氧催化氧化技术相比，非均相臭氧催化氧化的催化剂与反应体系不在同一相中，催化剂可重复多次使用并保持较高的催化活性，适合应用于大规模的废水处理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的一种臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备的工作原理图；

附图标记说明：

反应塔体1；气水混合层1a；填料层1b；出水层1c；承托布水板2；卸料管3；进水泵4；流量计5；进水管6；臭氧发生***7；进气管8；出水堰9；废水排放管10；回流废水出水管11；循环水泵12；臭氧气水混合器13；回流废水进水管14；尾气排放管15。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型一种臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，工作原理如图1所示，包括反应塔体1，反应塔体1为顶部设有尾气排放管15且能够封闭的密闭腔体，该尾气排放管15设有开关阀，反应塔体1包括自下而上的气水混合层1a、填料层1b和出水层1c，填料层1b位于气水混合层1a和出水层1c之间，气水混合层1a连通臭氧发生***7和废水进水***，填料层1b和气水混合层1a之间由开设有布水孔的承托布水板2隔开，填料层1b装填有改性活性炭催化剂，出水层1c连通有回流***和出水堰9，出水堰9处设有与外部连通的废水排放管10，所述回流***与出水层1c的连接口高度低于出水堰9的高度，所述回流***将出水层1c的部分废水与臭氧发生***7产生的臭氧混合后送入气水混合层1a。

作为优选实施例：

所述废水进水***设有包括相连通的进水泵4、流量计5和与气水混合层1a内部连通的进水管6，所述废水进水***设有开关阀。

所述回流***包括相连通的回流废水出水管11、循环水泵12、臭氧气水混合器13和回流废水进水管14，回流废水出水管11作为所述回流***与出水层1c的连接口，回流废水进水管14连通气水混合层1a的内部，回流废水出水管11和回流废水进水管14处各自设有开关阀。回流废水出水管14的流量宜为进水管6流量的1/5～1/2。

臭氧发生***7连通有均设有开关阀的两条支路，一条支路通过进气管8与气水混合层1a内部连通，另一条支路与所述回流***的臭氧气水混合器13连通。反应塔体1的气水混合层1a分布有钛曝气盘，进气管8与所述钛曝气盘连接，通过进气曝气的方式扩大臭氧与废水的接触表面积，达到均匀混合的目的。其中，臭氧气水混合器13可选用臭氧高效混合器。

反应塔体1的填料层1b下端设置与外部连通的卸料管3，便于催化剂卸料。

本实施例中，所述改性活性炭催化剂为负载有MnO₂、Mn₂O₃中的单一或混合催化剂活性组分的活性炭，催化剂粒径为4～8mm，填料层1b的填料高度为0.5m～1m，填料密度约为1.1g/cm³。

承托布水板2为分布有多个布水孔的钢板，钢板上开直径为40mm的孔，根据过水量选择间隔100～200mm均布，所述钢板上铺设有2～4目的钢丝网，承托布水板2既用于布水也作填料层的底板承托改性活性炭催化剂。因为活性炭堆放在一起后，孔隙通道很小，所述布水孔处安装有过滤头或过滤网，对进入填料层的废水进行过滤，防止堵塞。

利用上述一体式臭氧联合改性活性炭催化剂双催化体系装置处理水的方法：处理废水时，首先开启进水泵4输送待处理的废水送至反应塔体1中，并开启臭氧发生***7，全部臭氧经由进气管8进入反应塔体1，在气水混合层1a中与废水进行混合，待水位上升至承托布水板2时，使两者均匀地在催化剂填料层1b进行接触催化反应，按催化接触反应时间为25～90min来调控填料层改性活性炭催化剂的装填高度。待废水水位上升到淹没催化剂填料层顶部的回流废水出水管11后，开启循环水泵12，回流水量控制在进水量的1/5～1/2，同时打开臭氧发生***7与臭氧气水混合器13连接支路上的阀门，分流部分臭氧(总气量的1/10～1/3)与回流废水进行高效混合后送入气水混合层1a。反应出水经出水堰9后由废水排放管10排出反应塔体1，最后打开尾气排放管15，将少量臭氧排至臭氧尾气破坏器处理后达标排放。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。本实用新型既可以作独立单元对废水进行处理，也可作为整个废水处理***的一部分，与其他工艺或设备组合起来联合作废水处理。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，包括反应塔体(1)，所述反应塔体(1)为顶部设有尾气排放管(15)且能够封闭的密闭腔体，其特征在于，所述反应塔体(1)至少包括自下而上的气水混合层(1a)、填料层(1b)和出水层(1c)，所述填料层(1b)位于所述气水混合层(1a)和出水层(1c)之间，所述气水混合层(1a)连通臭氧发生***(7)和废水进水***，所述填料层(1b)和所述气水混合层(1a)之间由开设有布水孔的承托布水板(2)隔开，所述填料层(1b)装填有改性活性炭催化剂，所述出水层(1c)连通有回流***和出水堰(9)，所述回流***与所述出水层的连接口高度低于所述出水堰(9)的高度，所述回流***将所述出水层(1c)的部分废水与所述臭氧发生***(7)产生的臭氧混合后送入所述气水混合层(1a)。

2.如权利要求1所述的臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，其特征在于，所述废水进水***设有包括相连通的进水泵(4)、流量计(5)和与所述气水混合层(1a)内部连通的进水管(6)，所述废水进水***设有开关阀。

3.如权利要求2所述的臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，其特征在于，所述回流***包括相连通的回流废水出水管(11)、循环水泵(12)、臭氧气水混合器(13)和回流废水进水管(14)，所述回流废水出水管(11)作为所述回流***与所述出水层(1c)的连接口，所述回流废水进水管(14)连通所述气水混合层(1a)的内部，所述回流废水出水管(11)和所述回流废水进水管(14)各自设有开关阀。

4.如权利要求3所述的臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，其特征在于，所述臭氧发生***(7)连通有均设有开关阀的两条支路，一条支路通过进气管(8)与所述气水混合层(1a)内部连通，另一条支路与所述回流***的臭氧气水混合器(13)连通。

5.如权利要求4所述的臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，其特征在于，所述气水混合层(1a)分布有钛曝气盘，所述进气管(8)与所述钛曝气盘连接。

6.如权利要求5所述的臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，其特征在于，所述反应塔体(1)的填料层(1b)下端设置与外部连通的卸料管(3)。

7.如权利要求1至6任意一项所述的臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，其特征在于，所述改性活性炭催化剂为负载有MnO₂、Mn₂O₃中的单一或混合催化剂活性组分的活性炭，催化剂粒径为4～8mm。

8.如权利要求7所述的臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，其特征在于，所述填料层(1b)的填料高度为0.5m～1m。

9.如权利要求7所述的臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，其特征在于，所述承托布水板(2)为分布有多个布水孔的钢板，所述钢板上铺设有2～4目的钢丝网。

10.如权利要求9所述的臭氧联合改性活性炭催化剂的双催化体系一体化设备，其特征在于，所述布水孔处安装有过滤头或过滤网。

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