CN111217441B - 一种臭氧氧化反应器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种臭氧氧化反应器，包括混合器、气相平衡管、塔式反应器和其内下部的超细气泡分布器，超细气泡分布器包括连通气体进口的气体腔和竖直于气体腔内的气液通道，气液通道为贯通气体腔的管道，管道侧壁有连通气体腔的气孔，塔式反应器包括其上部的气体出口、循环液体出口，液体进口连通塔式反应器的底部，循环液体出口通过液体循环管路穿过塔式反应器的壁连通气液通道，液体循环管路上设置有循环泵和混合器，混合器进口通过气相平衡管连通塔式反应器的上部。本发明所述的臭氧氧化反应器，具有催化剂流化性能好、气体压降小、气液传质反应面积大、气体几乎100%利用和反应速度快等优点。
Description
技术领域
本发明属于化学工程领域，具体涉及一种臭氧氧化反应器及其使用方法，可用于工业废水处理。
背景技术
臭氧是一种不稳定、易分解的强氧化剂。用臭氧氧化法处理废水所使用的是空气或氧气现场制备的低浓度臭氧。臭氧氧化法水处理的工艺设施主要由臭氧发生器和气水接触设备组成。臭氧氧化法在水处理中主要是使污染物氧化分解，用于降低BOD.COD，脱色，除臭、除味、杀菌、杀藻、除铁、锰、氰、酚等。近年来，随着一般公共用水污染日益严重，要求进行深度处理，国际上再次出现了以臭氧作为氧化剂的趋势。臭氧氧化法的主要优点是氧化能力强，对脱色、除臭、杀菌、去除有机物和无机物等效果，并且反应迅速，流程简单。臭氧发生器所产生的臭氧，通过气水接触设备扩散于待处理水中，通常是采用微孔扩散器、鼓泡塔或喷射器、涡轮混合器等。臭氧的利用率要力求达到90%以上，剩余臭氧随尾气外排，为避免污染空气，尾气必须用活性炭或霍加拉特剂催化分解，也可用催化燃烧法使臭氧分解。目前生产臭氧的电耗仍然较高，每公斤臭氧约耗电20～35度，需要继续改进生产，降低电耗。同时现有的气水分布装置效能有限，需要加强对气水接触方式和接触设备的研究，以提高臭氧的利用率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够有效地提高气体利用率的臭氧氧化反应器。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种臭氧氧化反应器，包括液体进口、气体进口、产物出口、塔式反应器、超细气泡分布器、混合器和气相平衡管，所述超细气泡分布器设置于所述塔式反应器内下部，
所述超细气泡分布器包括气体腔和气液通道，所述气体进口通过第一管路穿过所述塔式反应器的壁连通所述气体腔，所述气液通道竖直设置于所述气体腔内，所述气液通道为贯通所述气体腔的管道，所述管道侧壁设置有若干连通所述气体腔的气孔，所述气液通道连通所述塔式反应器的底部和所述超细气泡分布器的上方空间，
所述塔式反应器包括气体出口、循环液体出口，所述液体进口连通所述塔式反应器的底部，所述气体出口设置于所述塔式反应器的上部，所述循环液体出口通过液体循环管路穿过所述塔式反应器的壁连通所述气液通道，所述液体循环管路上设置有循环泵和所述混合器，所述液体循环管路连通所述产物出口，
所述混合器还包括混合气进口，所述混合器进口连接所述气相平衡管的出口，所述气相平衡管的进口连通所述塔式反应器的上部。混合器通过气相平衡管能将塔式反应器上方的气体吸入，与循环的液体混合，一并送入超细气泡分布器的气液通道，同时，气体经气孔进入气体腔再进入气液通道，被从混合器中输送的高速液切割为含直径在毫米以下的超细气泡的超细气泡流。
进一步的，所述的混合器优选为喷射混合器。
进一步的，所述超细气泡分布器的高度为100～600mm。
进一步的，所述超细气泡分布器为上下两端为球面的圆柱状。
进一步的，所述超细气泡分布器的横截面积为所述塔式反应器横截面积的0.3～0.6倍。
进一步的，所述气液通道为圆柱状。
进一步的，所述气液通道的横截面积为所述超细气泡分布器横截面积的0.2～0.8倍。
进一步的，所述液体循环管路上还设置有气液分离器，所述气液分离器的分离气出口连通所述气相平衡管的出口。
进一步的，所述气液分离器内上部设置有若干穿流塔板。气液分离器可有效脱除循环液中夹带的气体。
进一步的，所述塔式反应器的底部还设置有废渣排口，所述液体进口与所述塔式反应器之间设置有阀门，所述废渣排口与所述塔式反应器之间也设置有阀门。
进一步的，所述塔式反应器还包括溢流挡板，所述溢流挡板设置在所述塔式反应器的侧壁上且临近所述循环液体出口，所述溢流挡板的上沿位于所述循环液体出口的上方。
本发明还提供一种上述臭氧氧化反应器的使用方法，包括：
气体经所述气体进口进入所述超细气泡分布器的气体腔，再通过气孔进入所述气液通道，被从所述混合器中输送的高速液流切割分散为超细气泡，从而形成超细气泡流，所述超细气泡流沿所述气液通道向下进入所述塔式反应器底部，与经由所述液体进口输送的液体和所述塔式反应器底部的催化剂一同向上流动，反应后在所述塔式反应器的上部气液分离，气体经所述气体出口排出，液体经由所述循环液体出口进入所述液体循环管路，所述液体循环管路中的部分液体经由所述产物出口排出进行后续处理，另一部分进入所述混合器，在所述混合器内，液体与通过所述气相平衡管抽吸的来自所述塔式反应器上部的气体进行混合后，再回到所述气液通道。混合器的气体可以通过其进口额外补充。
所述高速液流在所述气液通道内的流速大于等于1m/s。
优选的，所述塔式反应器上部的气体通过所述气相平衡管后进入所述混合器。
本发明的有益效果在于：
本发明所提供的臭氧氧化反应器，具有压降低、气泡直径小，气液传质面积大，反应速度高、气体利用率高等优点，适宜应用于臭氧氧化反应，适用于工业废水处理。
对于臭氧氧化反应，本发明所述的超细气泡分布器，可以利用循环液体在气液通道内的快速运动，使气体腔进入的气体形成微米级的超细气泡，从而能够大幅度地提高气液相界面积，提高气液传质速度，加快反应进程，提高臭氧利用率，进而可相对降低臭氧耗量和电费，并减少了排放尾气中的臭氧量，大幅降低环境污染。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明所述臭氧氧化反应器的结构示意图。
图2是本发明所述的超细气泡分布器结构示意图。
其中，1是塔式反应器，101是超细气泡分布器，102是气体进口，103是液体进口，104是废渣排口，105是循环泵，106是气液分离器，107是循环液体出口，108是气相平衡管进口，109是混合器，110是产物出口，1014是气液通道的进口，1011是气体腔，1012是气液通道。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“联通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-2所示的臭氧氧化反应器，包括液体进口103、气体进口102、产物出口110、塔式反应器1、超细气泡分布器101、混合器109和气相平衡管，所述超细气泡分布器101设置于所述塔式反应器1内下部，
所述超细气泡分布器101包括气体腔1011和气液通道1012，所述气体进口102通过第一管路穿过所述塔式反应器的壁连通所述气体腔1011，所述气液通道1012竖直设置于所述气体腔1011内，所述气液通道1012为贯通所述气体腔1011的管道，所述管道侧壁设置有若干连通所述气体腔1011的气孔，所述气液通道1012连通所述塔式反应器1的底部和所述超细气泡分布器101的上方空间，
所述塔式反应器1包括气体出口111、循环液体出口107，所述液体进口103连通所述塔式反应器1的底部，所述气体出口111设置于所述塔式反应器1的上部，所述循环液体出口107通过液体循环管路穿过所述塔式反应器1的壁连通所述气液通道1012，所述液体循环管路上设置有循环泵105和所述混合器109，所述液体循环管路连通所述产物出口110，
所述混合器109还包括混合气进口，所述混合器进口连接所述气相平衡管的出口，所述气相平衡管的进口连通所述塔式反应器1的上部。混合器通过气相平衡管能将塔式反应器1上方的气体吸入，与循环的液体混合，一并送入超细气泡分布器101的气液通道1012，同时，气体经气孔进入气体腔再进入气液通道1012，被从混合器109中输送的高速液切割为含直径在毫米以下的超细气泡的超细气泡流。
所述的混合器为喷射混合器。
所述超细气泡分布器101的高度为100～600mm。
所述超细气泡分布器101为上下两端为球面的圆柱状。
所述超细气泡分布器101的横截面积为所述塔式反应器1横截面积的0.3～0.6倍。
所述气液通道1012为圆柱状。
所述气液通道1012的横截面积为所述超细气泡分布器101横截面积的0.2～0.8倍。
所述液体循环管路上还设置有气液分离器106，所述气液分离器106的分离气出口连通所述气相平衡管的出口。
所述气液分离器106内上部设置有若干穿流塔板1061。气液分离器106可有效脱除循环液中夹带的气体。
所述塔式反应器1的底部还设置有废渣排口104，所述液体进口103与所述塔式反应器1之间设置有阀门，所述废渣排口104与所述塔式反应器1之间也设置有阀门。
所述塔式反应器1还包括溢流挡板，所述溢流挡板设置在所述塔式反应器1的侧壁上且临近所述循环液体出口107，所述溢流挡板的上沿位于所述循环液体出口的上方。
气液通道1012内液体流速为2～30m/s，将气流切割为微米级直径的超细气泡形成超细气泡流，从而大幅度提高气液相界面积，强化传质与反应过程。
以下列举实施例来说明本发明的效果，但本发明的权利要求范围并非仅限于此。
实施例1：
某化工厂生化出水采用上述反应器进行深度处理小试，处理量为24L/h，温度为25℃，原水COD为100～150 mg/L。
臭氧经所述气体进口103进入所述超细气泡分布器101的气体腔1011，再通过气孔进入所述气液通道1012，被从所述混合器109中输送的高速液流（流速大于等于1m/s）切割分散为超细气泡，从而形成超细气泡流，所述超细气泡流沿所述气液通道1012向下进入所述塔式反应器1底部，与经由所述液体进口103输送的废水和所述塔式反应器1底部的催化剂一同向上流动，反应后在所述塔式反应器1的上部气液分离，气体经所述气体出口111排出，液体经由所述循环液体出口107进入所述液体循环管路，所述液体循环管路中的部分液体经由所述产物出口110排出进行后续处理，另一部分进入所述混合器109，在所述混合器109内，液体与通过所述气相平衡管抽吸的来自所述塔式反应器1上部的气体进行混合后，再回到所述气液通道1012。所述塔式反应器1上部的气体通过所述气相平衡管后进入所述混合器109。
废水在反应器中用臭氧氧化处理，停留时间30min，臭氧发生器出口臭氧浓度约为100mg/L，气体流量为30L/h，出水COD小于65mg/L。
实施例2：
某焦化废水混沉池出水采用上述反应器进行处理，处理量为20L/h，温度为25℃，原水COD为136 mg/L。在超细气泡反应中用臭氧氧化处理，停留时间30min，臭氧发生器出口臭氧浓度约为100mg/L，气体流量为20L/h，出水COD小于80mg/L。
实施例3：
农药废水生化出水采用上述反应器进行处理深度处理小试，处理量为30L/h，原水COD为200～300 mg/L。在超细气泡反应中用臭氧氧化处理，停留时间30min，臭氧发生器出口臭氧浓度约为100mg/L，气体流量为30L/h，出水COD小于60mg/L。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种臭氧氧化反应器，其特征在于，包括液体进口、气体进口、产物出口、塔式反应器、超细气泡分布器、混合器和气相平衡管，所述超细气泡分布器设置于所述塔式反应器内下部，
所述超细气泡分布器包括气体腔和气液通道，所述气体进口通过第一管路穿过所述塔式反应器的壁连通所述气体腔，所述气液通道竖直设置于所述气体腔内，所述气液通道为贯通所述气体腔的管道，所述管道侧壁设置有若干连通所述气体腔的气孔，所述气液通道连通所述塔式反应器的底部和所述超细气泡分布器的上方空间，所述气液通道为圆柱状，
所述塔式反应器包括气体出口、循环液体出口，所述液体进口连通所述塔式反应器的底部，所述气体出口设置于所述塔式反应器的上部，所述循环液体出口通过液体循环管路穿过所述塔式反应器的壁连通所述气液通道，所述液体循环管路上设置有循环泵和所述混合器，所述液体循环管路连通所述产物出口，
所述混合器还包括混合器进口，所述混合器进口连接所述气相平衡管的出口，所述气相平衡管的进口连通所述塔式反应器的上部；
所述混合器为喷射混合器。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述超细气泡分布器的高度为100～600mm。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述超细气泡分布器为上下两端为球面的圆柱状。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述超细气泡分布器的横截面积为所述塔式反应器横截面积的0.3～0.6倍。
5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述气液通道的横截面积为所述超细气泡分布器横截面积的0.2～0.8倍。
6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述液体循环管路上还设置有气液分离器，所述气液分离器的分离气出口连通所述气相平衡管的出口。
7.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述塔式反应器的底部还设置有废渣排口，所述液体进口与所述塔式反应器之间设置有阀门，所述废渣排口与所述塔式反应器之间也设置有阀门。
8.一种权利要求1-7任一所述臭氧氧化反应器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
气体经所述气体进口进入所述超细气泡分布器的气体腔，再通过气孔进入所述气液通道，被从所述混合器中输送的高速液流切割分散为超细气泡，从而形成超细气泡流，所述超细气泡流沿所述气液通道向下进入所述塔式反应器底部，与经由所述液体进口输送的液体和所述塔式反应器底部的催化剂一同向上流动，反应后在所述塔式反应器的上部气液分离，气体经所述气体出口排出，液体经由所述循环液体出口进入所述液体循环管路，所述液体循环管路中的部分液体经由所述产物出口排出进行后续处理，另一部分进入所述混合器，在所述混合器内，液体与通过所述气相平衡管抽吸的来自所述塔式反应器上部的气体进行混合后，再回到所述气液通道，混合器的气体可以通过其进口额外补充。
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