申请日2014.12.15
公开(公告)日2015.04.29
IPC分类号C02F1/78
摘要
本发明公开了一种流化床污水处理臭氧催化氧化反应器，包括反应器外壳，外壳内设有外筒，外筒内设有内筒，内筒顶部低于外筒顶部且内筒底部低于外筒底部;外筒底部与外壳内壁之间设有折流通道，内筒底部与外壳内壁之间设有回流通道;本发明能够将催化反应区、导流区和沉淀区设置在同一反应器内，实现一体化，无需额外催化剂分离和输回设备;本发明还公开了一种应用该反应器的污水处理方法，通过污水回流，充分利用了污水中剩余的溶解性臭氧，大大提高了臭氧利用率和污水处理深度。
摘要附图
权利要求书
1.一种流化床污水处理臭氧催化氧化反应器，包括反应器外壳，其特征 在于：外壳内设有外筒，外筒内设有内筒，内筒顶部低于外筒顶部且内筒底部 低于外筒底部;外筒底部与外壳内壁之间设有折流通道，内筒底部与外壳内壁 之间设有回流通道。
2.根据权利要求1所述的流化床污水处理臭氧催化氧化反应器，其特征 在于：反应器外壳上部设置有排水管，排水管上设有污水回流管，污水回流管 连通至反应器底部的污水进水管，排水管排出口与污水回流管之间设有控制阀 门。
3.根据权利要求2所述的流化床污水处理臭氧催化氧化反应器，其特征 在于：反应器外壳为锥形体，外壳底部设有污水\臭氧进口，污水\臭氧进口处 设有催化剂支撑格栅和催化剂垫层;污水\臭氧进口管道连通水射器出口，水 射器的水相进口连通所述污水进水管且水射器的气相进口连通臭氧进气管，污 水进水管上设有增压泵;反应器外壳顶部设有尾气集气罩，尾气集气罩上设有 排气管，排气管连通臭氧分解器。
4.根据权利要求3所述的流化床污水处理臭氧催化氧化反应器，其特征 在于：内筒设置在外壳内部中央，下方正对所述污水\臭氧进口;内筒底部边 缘设有向内筒外侧倾斜的挡流板，挡流板与外壳内壁之间为所述催化剂回流通 道。
5.根据权利要求4所述的流化床污水处理臭氧催化氧化反应器，其特征 在于：尾气集气罩与反应器外壳衔接部设置有一圈溢流堰，溢流堰连通所述排 水管。
6.根据权利要求1～5任一项所述的流化床污水处理臭氧催化氧化反应 器，其特征在于：在反应器运行过程中，在内筒中装填的催化剂呈流化状态。
7.一种污水处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)待处理污水经增压泵增压后与臭氧在水射器内混合形成气水混合物 进入流化床污水处理臭氧催化氧化反应器内的内筒中;
(2)反应器内的催化剂在气水混合物的水力作用下呈流化态;内筒为催 化反应区，反应器内筒中填装催化剂，步骤(1)中形成的气水混合物在内筒 中与呈流化态的催化剂作用发生臭氧催化氧化反应，去除污水中的污染物;
(3)步骤(2)的气水混合物携带部分催化剂向上流过内筒顶部，进入内 筒与外筒形成的导流区，并通过外筒与反应器外壳之间的折流通道折流进入外 筒与外壳之间形成的沉淀区，在流动过程中继续进行反应;
(4)步骤(3)中进入沉淀区的污水中携带的催化剂向下沉淀分离出来， 通过内筒与外壳之间的催化剂回流通道回流至内筒中继续参与臭氧催化氧化 反应;污水经溢流堰排出反应器;
(5)步骤(2)(3)产生的含臭氧尾气通过尾气集气罩收集后，经臭氧 分解器处理后由排气管排出反应器。
8.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于还包括以下步骤： 从反应器排出的污水一部分排出到外界，另一部分回流与待处理污水混合后， 通过水射器进入反应器内筒内再次参与臭氧催化氧化反应。
9.根据权利要求8所述的污水处理方法，其特征在于：反应器中的催化 剂为颗粒状或者粉末状，粒径为0.5～6mm。
10.根据权利要求9所述的污水处理方法，其特征在于，污水回流比为 100%～400%。
说明书
流化床污水处理臭氧催化氧化反应器及其污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及污水处理设备，具体为一种流化床 污水处理臭氧催化氧化反应器及其污水处理方法。
背景技术
臭氧作为一种强氧化剂，在废水处理方面有着广泛的应用，但是臭氧存 在处理费用高，反应选择性较强等问题，而在臭氧化基础上发展起来的臭氧 高级氧化技术，通过辅助以化学和物理方法促进臭氧分解产生羟基自由基， 加速有机污染物的分解反应，该技术具有高效、彻底、适用范围广、二次污 染较少等优点。臭氧催化氧化作为臭氧高级氧化技术之一，由于其处理效果 好、操作简单而得到了较快的发展，臭氧催化氧化污水处理技术已有成功工 业化案例在运行。
为提高臭氧利用率以及污水处理效率，目前普遍采用臭氧催化氧化的方 式进行污水处理，臭氧催化氧化已成功应用于污水深度处理、污水回用、高 浓度难生化污水预处理等方面，臭氧利用率以及污水处理效率较单独臭氧氧 化有较大提高。然而目前臭氧催化氧化的研究主要集中在催化剂研发方面， 开发出了不同载体和负载不同活性组分催化剂，所开发出来的催化剂应用范 围不同，处理效果各有差异，目前可研究机构将研发重点放在开发高效催化 剂以提高臭氧利用率和污水处理效率上，而较少有通过研究、设计开发高效 反应器来提高臭氧利用率和污水处理效率的。
目前研究和应用的反应器主要为两种，一是污水\臭氧同向流动，另一种 是污水\臭氧逆向流动，污水自上而下、臭氧自下而上通过反应器催化剂床层， 发生催化氧化反应。
现有催化氧化反应器存在的主要问题是：
(1)由于本身反应器条件等的限制，其所使用的催化剂粒度为2～8m， 粒径较大，导致催化剂比表面积小，反应活性较差，影响处理效果;
(2)主要采用穿孔管或微孔曝气的方式将臭氧通入污水中，由于臭氧在 污水中形成气泡较大，且溶解率较低，从而导致臭氧利用率低，外排尾气中 臭氧含量较多;
(3)采用固定床催化反应器，在运行一段时间后，如6～7天，催化剂 床层空隙和催化剂表面会被污水中带入的反应产生的悬浮物、胶体堵塞或污 染，需定期对催化剂床层进行反冲洗，增加了反应器操作难度，提高了自控 要求，且产生一定量的反冲洗废水需进一步处理;
(4)采用固定床催化剂氧化反应器，在布水器、布气器设计不合理或者 加工、安装精度不高或者运行管理不善的情况下，会发生沟流现象，严重影 响处理效果。
(5)污水中未来得及反应的溶解性臭氧被直接排出，如果后续污水处理 接有生物处理单元，还需对污水进行臭氧吹脱等处理，一方面增加了处理工 序，另一方面造成了臭氧的浪费。
(6)污水在反应器内停留时间一般为0.5～1.0小时，污水中部分难氧 化物质未来得及被氧化就被排出，反应深度不够，导致污水处理效率不高。
发明内容
针对上述催化氧化反应器存在的问题，本发明的目的在于提供一种流化 床臭氧催化氧化反应器，用于污水的深度处理、污水回用、高浓度难生化污 水预处理等领域，较传统臭氧催化氧化反应器，大大提高臭氧利用率。
本发明是这样实现的：
一种流化床污水处理臭氧催化氧化反应器，包括反应器外壳，其特征在 于：外壳内设有外筒，外筒内设有内筒，内筒顶部低于外筒顶部且内筒底部 低于外筒底部;外筒底部与外壳内壁之间设有折流通道，内筒底部与外壳内 壁之间设有回流通道。
更进一步地，反应器外壳上部设置有排水管，排水管上设有污水回流管， 污水回流管连通至反应器底部的污水进水管，排水管排出口与污水回流管之 间设有控制阀门。
更进一步地，反应器外壳为锥形体，外壳底部设有污水\臭氧进口，污水 \臭氧进口处设有催化剂支撑格栅和催化剂垫层;污水\臭氧进口管道连通水 射器出口，水射器的水相进口连通所述污水进水管且水射器的气相进口连通 臭氧进气管，污水进水管上设有增压泵;反应器外壳顶部设有尾气集气罩， 尾气集气罩上设有排气管;排气管连通臭氧分解器。
更进一步地，内筒设置在外壳内部中央，下方正对所述污水\臭氧进口; 内筒底部边缘设有向内筒外侧倾斜的挡流板，挡流板与外壳内壁之间为所述 催化剂回流通道。
更进一步地，尾气集气罩与反应器外壳衔接部设置有一圈溢流堰，所述 溢流堰连通所述排水管。
更进一步地，在反应器运行过程中，在内筒中装填的催化剂呈流化状态。
一种用上述流化床污水处理臭氧催化氧化反应器处理污水的方法，其特 征在于包括以下步骤：
(1)待处理污水经增压泵增压后与臭氧在水射器内混合形成气水混合物 进入流化床污水处理臭氧催化氧化反应器内的内筒中;
(2)反应器内的催化剂在气水混合物的水力作用下呈流化态;内筒为催 化反应区，反应器内筒中填装催化剂，步骤(1)中形成的气水混合物在内筒 中与呈流化态的催化剂作用发生臭氧催化氧化反应，去除污水中的污染物;
(3)步骤(2)的气水混合物携带部分催化剂向上流过内筒顶部，进入 内筒与外筒形成的导流区，并通过外筒与反应器外壳之间的折流通道折流进 入外筒与外壳之间形成的沉淀区，在流动过程中继续进行反应;
(4)步骤(3)中进入沉淀区的污水中携带的催化剂向下沉淀分离出来， 通过内筒与外壳之间的催化剂回流通道回流至内筒中继续参与臭氧催化氧化 反应;污水经溢流堰排出反应器;
(5)步骤(2)(3)产生的含臭氧尾气通过尾气集气罩收集后，经臭氧 分解器处理后由排气管排出反应器。
更进一步地，上述方法中还包括以下步骤：从反应器排出的污水一部分 排出到外界，另一部分回流与待处理污水混合后，通过水射器进入反应器内 筒内再次参与臭氧催化氧化反应。
更进一步地，上述方法中，反应器中的催化剂为颗粒状或者粉末状，粒 径为0.5～6mm。
更进一步地，上述方法中，污水回流比为100%～400%。
本发明的有益效果是提供了一种流化床污水处理臭氧催化氧化反应器， 能够将催化反应区、导流区和沉淀区设置在同一反应器内，实现一体化，无 需额外催化剂分离和输回设备;通过污水回流，充分利用了污水中剩余的溶 解性臭氧，大大提高了臭氧利用率和污水处理深度;本发明还提供了一种利 用该反应器的污水处理方法，反应时采用颗粒或者粉末状催化剂，可提供较 大的比表面积，提高催化反应活性;催化剂在反应中呈流化态，避免了常规 固定床催化反应器可能存在的沟流现象，提高了传质能力和处理效果。