申請日2015.07.24

　　公開(公告)日2015.12.09

　　IPC分類號C02F1/78

　　摘要

　　本發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器及其處理廢水的方法。所發明的反應器內安裝了浮動催化床組件，由上下固定架和掛繩構成。掛繩上有多孔環板，柔性浮動催化劑的一端固定在多孔環板上。反應器上方配備布水裝置，用于將廢水平均分配至各個部位，下方配備進氣管和布水器，用于將氣體充分擴散。本發明利用浮動床上裝備的輕質柔性纖維狀催化劑，可使催化劑均勻分布在反應器空間內，結合臭氧氣泡的擾動，提高了氣固液傳質效率和臭氧利用率、降低了系統阻力，可以有效地將廢水中難降解有機物分解、礦化。

　　權利要求書

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

　　2.根據權利要求1所述的浮動床臭氧催化氧化反應器，其特征在于反應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)構成;掛繩上有多孔環板(8-4)，柔性浮動催化劑(9)的一端固定在多孔環板(8-4)上。

　　4.根據權利要求2所述的浮動床臭氧催化氧化反應器，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.根據權利要求2所述的浮動床臭氧催化氧化反應器，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載活性物質，也可以直接作為催化劑使用。

　　7.一種利用權利要求1所述的浮動床臭氧催化氧化反應器處理廢水的方法，其特征在于廢水經進水管(2)進入反應器，由于上方進水布水器(4)向下布水;臭氧發生器產生的臭氧混合氣體經臭氧進氣管(6)通入，并通過微孔氣體擴散板(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器及其處理廢水的方法

　　技術領域

　　本發明涉及一種處理廢水的臭氧催化反應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器及其處理難降解有機污染物廢水的方法。

　　背景技術

　　臭氧催化氧化水處理裝置是氣、固、液三相反應體系，如何在不增加流體阻力的情況下加強系統的傳質能力，提高催化劑催化效果，是研究者追求的目標。近些年來，許多學者對于流化床和固定床加載新型催化劑，降解難降解有機污染物做了許多的研究。但是流化床和固定床反應器均有結構性缺點。流化床臭氧催化氧化體系為保證催化劑處于流化狀態，對密度有一定的要求，較高密度的催化劑需要較大的進氣流速將催化劑吹起進行流化，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，系統壓力損失大，而且易造成流動不均勻、氣液固三相傳質效率不佳。

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

　　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構，對4-氯酚有良好的吸附作用，在動力學上提高了其與O3反應的起始濃度，并且活性炭纖維表面含氧、含氮等基團的催化作用下發生氧化反應，1L濃度為100mg/L的4-氯酚水樣中投加2g活性炭纖維反應6min時，吸附作用對TOC的去除率為43.4%，而活性炭纖維協同O3作用時的TOC去除率提高到72.5%;在選定的反應條件下，活性炭纖維協同O3降解焦化廢水生物處理尾水，60min時的TOC與色度的去除率分別達到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同能有效降解生物過程不能降解的焦化廢水中惰性有機污染物，具有明顯的優越性。

　　由于活性炭纖維的不同的孔結構特征，經過二次活化的具有較大比表面積和總孔體積的樣品表現出不同的催化臭氧化動力學：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，其結果表明在符合實際應用的條件下，在30min內，對2,4-二氯苯酚的催化氧化去除率達到99%以上，與活性炭相比，不僅速度有了提升，而且，有機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器和過濾器等方面有所應用的結構。例如生物膜反應器中可以采用柔性懸浮填料構成生物膜而形成的浮動床。葛敬發明了一種過濾器，特別是一種浮動床過濾器(發明專利，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，進行調整控制，過濾效果好，運行成本低。

　　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特的優越性，具有比活性炭高得多的催化臭氧化效率。

　　發明內容

　　本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種構造合理，操作方便、可靠，柔性催化劑可以布置在反應器空間，催化劑催化性能高、催化劑無流失、運行穩定、進氣流速要求低、有機污染物去除率高、礦化度高、臭氧利用率高、沿程阻力低，操作簡單，適合工業化生產的浮動床催化氧化反應器及其處理廢水的方法。

　　本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種浮動床臭氧催化氧化反應器，其中浮動床臭氧催化氧化反應器的主體為豎立的圓形或矩形結構，主要由筒體、上下封蓋、帶有閥門的進水管及出水管、配備在進水管尾部的均勻布水器、臭氧進氣管、配備在臭氧進氣管尾部的微孔氣體擴散板、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;帶有閥門的進水管穿過殼體的上部，與分散在反應器上部的布水器相連;臭氧進氣管穿過下封頭的側面，進氣管裝備微孔氣體擴散板，與殼體內的柔性浮動催化劑相對應，下封蓋底部與出水管連接。

　　反應器內部設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器采用豎向的多串多孔環板搭載以柔性纖維狀材料為載體、負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)，以通過微孔氣體擴散板擴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、固三相浮動狀態良好，可以在反應器內充分、大范圍鋪展、浮動，與廢水、臭氧充分接觸，傳質效果好，從而增大廢水的降解程度與速度。本專利可以在更短的時間內，將廢水中的大分子難降解有機物分解為小分子易降解的有機物，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。由于反應器結構簡單且對進氣流速和臭氧濃度無過高要求，因此易于在實際中放大應用從而實現工業化。本裝置可以通過加入氧化性強的臭氧與特定催化劑進行催化氧化，在三相浮動狀態下，可產生大量羥基自由基，從而加快、加深反應進行的程度，從而使大分子難降解有機物得到快速徹底地去除、礦化。由于本發明浮動床是多串、豎向地固定在反應器內，在保證催化劑充分浮動、與廢水和臭氧充分接觸的前提下，節約了占地面積，而且催化劑固定的多孔環板串于掛繩上形成浮動床，需要更換、清洗時直接取出掛繩即可，方便快捷。同時豎向布置，可以根據實際要求相應增加掛繩或多孔環板的數量，易于在反應器寬度和高度上進行一定放大，因此易于實現柔性載體的浮動床臭氧催化氧化反應器在工業上的放大應用。

　　本發明采用上述技術方案，帶來的有益效果是：催化劑催化性能高、催化劑無流失、運行穩定、進氣流速要求低、有機污染物去除率高、礦化度高、臭氧利用率高、不造成二次污染，操作簡單，適合工業化生產。