非均相催化臭氧氧化處理水的方法及用于該方法的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非均相催化臭氧氧化處理水的方法及用于該方法的裝置，所述裝置主要由1個(gè)中心接觸塔、1~4個(gè)催化氧化塔和1~4根輻流式連接管組成。待處理水由中心接觸塔頂部進(jìn)水總管流入，與底部曝氣頭通入的臭氧氣流逆向接觸，再經(jīng)導(dǎo)流斜面、連接管送至催化氧化塔。臭氧氣流經(jīng)曝氣盤進(jìn)入催化氧化塔內(nèi)，與水流同向流動(dòng)，使固體催化劑呈完全流化狀態(tài)。催化氧化塔中部設(shè)有膜分離組件和出水管，用于實(shí)現(xiàn)出水分離，底部裝有收集斗和放空口。在線監(jiān)測溶解臭氧濃度，以控制臭氧投加量。利用通氣壓力實(shí)現(xiàn)各塔的加壓操作，尾氣由集氣罩上的排放管排出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可將微米級(jí)固體催化劑用于連續(xù)處理，具有凈化效率高、適用范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】非均相催化臭氧氧化處理水的方法及用于該方法的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水處理方法，具體涉及一種非均相催化臭氧氧化處理水的方法及 用于該方法的裝置，屬于環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 在原水凈化和廢水處理領(lǐng)域中，臭氧（O3)因具有強(qiáng)氧化性（E°=2. 07V)，常被用于 實(shí)現(xiàn)殺菌消毒、脫色除臭、去除難降解污染物和改善原水可生化性等目的。依據(jù)直接氧化 原理，水中的O 3能優(yōu)先破壞有機(jī)物中的不飽和、芳香類結(jié)構(gòu)，將大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子產(chǎn) 物，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系對(duì)總有機(jī)碳（TOC)的去除速率將顯著降低。此時(shí)，若持續(xù)投加 臭氧，不僅會(huì)使處理成本大幅上升，限制其實(shí)用價(jià)值，甚至可能造成潛在致癌產(chǎn)物(如醛類 和溴酸鹽）的積累，導(dǎo)致二次污染。
[0003] 當(dāng)反應(yīng)體系中存在OH'紫外光、過氧化氫、活性炭、過渡金屬及其氧化物時(shí)，溶解 臭氧能分解生成羥自由基（·〇Η)，后者對(duì)有機(jī)污染物具有極強(qiáng)的礦化能力。其中，以固體催 化劑為核心的非均相催化臭氧氧化法，因具有除污能力強(qiáng)、臭氧利用率高、無需投加化學(xué)藥 劑和處理能耗低等優(yōu)點(diǎn)，而成為國內(nèi)外水處理領(lǐng)域的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。
[0004] 非均相催化臭氧氧化水處理裝置是進(jìn)行水處理的場所，其是水處理效果、效率的 關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有的非均相催化臭氧氧化水處理裝置無法充分發(fā)揮非均相催化臭氧氧化水處 理的優(yōu)勢，原因包括（1)現(xiàn)有裝置都采用常壓操作，臭氧分子在水中較低的溶解度極大地限 制了 ·〇Η的生成量；（2)現(xiàn)有裝置中，固體催化劑與水中芳香類、疏水性有機(jī)物直接接觸，會(huì) 因強(qiáng)烈的吸附作用而導(dǎo)致催化點(diǎn)位的減少，削弱其反應(yīng)活性；（3)現(xiàn)有裝置中，固體催化劑 一般以固定床形式存在，如此設(shè)計(jì)固體催化劑與水接觸面積小，導(dǎo)致催化效果無法充分體 現(xiàn)，也會(huì)導(dǎo)致處理不均勻，還增加了處理時(shí)間。一般認(rèn)為，當(dāng)固體催化劑粒徑小于500 μ m 時(shí)，且處于完全流化狀態(tài)時(shí)，臭氧在其內(nèi)、外表面的傳質(zhì)阻力將被有效消除，反應(yīng)裝置處理 效能顯著提升，水力停留時(shí)間可大幅降低；但小尺寸固體催化劑極易隨出水流失，這使得配 置傳統(tǒng)出水堰(管）的氣、液兩相反應(yīng)器，如折流板接觸池、噴淋塔、填料塔和篩板塔等，均無 法保障系統(tǒng)獲得良好的操作穩(wěn)定性，這也是目前分散式固體催化劑無法實(shí)際應(yīng)用的最主要 原因。
[0005] 因此，如何創(chuàng)新反應(yīng)裝置構(gòu)型設(shè)計(jì)，最大程度地優(yōu)化氣、液、固三相傳質(zhì)反應(yīng)過程， 強(qiáng)化系統(tǒng)處理效能是推動(dòng)非均相催化臭氧氧化法實(shí)用化進(jìn)程的關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置，其充分發(fā)揮非 均相催化臭氧氧化法的優(yōu)越性，水處理效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、操作方式靈活、適用范圍較 廣。
[0007] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 包括1個(gè)中心接觸塔、1?4個(gè)催化氧化塔、輻流式連接管以及固體催化劑、進(jìn)水總管； 所述中心接觸塔與催化氧化塔通過輻流式連接管連接； 所述中心接觸塔塔體為圓柱形結(jié)構(gòu)，高徑比為6?8 : 1; 所述中心接觸塔頂部設(shè)有集氣罩；該集氣罩上設(shè)有尾氣排放管；所述尾氣排放管上設(shè) 有壓力表與電磁節(jié)流閥； 所述進(jìn)水總管穿過集氣罩伸入中心接觸塔內(nèi)；所述進(jìn)水總管位于中心接觸塔塔內(nèi)部分 的長度為中心接觸塔塔體高度的20?25% ; 所述中心接觸塔底部設(shè)有鈦制曝氣頭；所述鈦制曝氣頭的孔徑為2?5 μ m ;所述鈦制 曝氣頭周邊設(shè)有導(dǎo)流斜面；所述斜面的上端與鈦制曝氣頭的底面接觸，下端與輻流式連接 管接觸； 所述催化氧化塔塔體為圓柱形結(jié)構(gòu)，其有效高度與中心接觸塔的有效高度一致，高徑 比為4?6 : 1 ; 所述催化氧化塔頂部設(shè)有集氣罩；該集氣罩上設(shè)有尾氣排放管；所述尾氣排放管上設(shè) 有壓力表與電磁節(jié)流閥； 所述催化氧化塔中部設(shè)有圓柱形膜分離組件；所述膜分離組件的長度為催化氧化塔塔 體高度的30?60% ;所述膜分離組件的直徑為催化氧化塔塔體直徑的30?50% ;所述膜分 離組件的過濾精度為0. 1?1. 0 μ m ; 所述膜分離組件頂端設(shè)有出水管；所述出水管穿出催化氧化塔，并且穿出部分設(shè)有真 空表； 所述催化氧化塔中下部設(shè)有圓柱形固體催化劑加料管；所述固體催化劑加料管上設(shè)有 截止閥； 所述催化氧化塔底部設(shè)有鈦制曝氣盤；所述鈦制曝氣盤的孔徑為2?5 μ m ;所述鈦制 曝氣盤直徑為膜分離組件直徑的I. 0?1. 5倍；所述鈦制曝氣盤的頂端低于輻流式連接管 的底端； 所述催化氧化塔底端設(shè)有收集斗；所述收集斗底部設(shè)有放空口和截止閥； 所述固體催化劑位于催化氧化塔內(nèi)； 所述中心接觸塔、催化氧化塔中部均設(shè)有封閉的溶解臭氧計(jì)量槽。
[0008] 上述技術(shù)方案中，溶解臭氧計(jì)量槽位于塔外側(cè)，與塔連通；溶解臭氧計(jì)量槽內(nèi)設(shè)在 線監(jiān)測儀。
[0009] 上述技術(shù)方案中，中心接觸塔、催化氧化塔都為圓柱形結(jié)構(gòu)，有效高度一致，高徑 比設(shè)置合理，由此，裝置可以獲得高的氣、液傳質(zhì)效率。
[0010] 上述技術(shù)方案中，所述集氣罩通過法蘭與塔體連接；所述收集斗通過法蘭與塔體 連接。 toon] 上述技術(shù)方案中，所述中心接觸塔頂部的集氣罩為平頂錐形；所述催化氧化塔頂 部的集氣罩為圓錐形；所述催化氧化塔底端的收集斗為倒圓錐形。
[0012] 上述技術(shù)方案中，所述膜分離組件固定于支架上；所述支架固定于催化氧化塔內(nèi) 壁上。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述輻流式連接管上設(shè)有電磁節(jié)流閥，用于調(diào)節(jié)水力停留時(shí)間 和控制催化氧化塔的工作數(shù)量；所述輻流式連接管上還設(shè)有取樣口，用于收集中心接觸塔 出水水樣，或作為放空管。
[0014] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述固體催化劑的堆積密度為450?900 kg/m3,其可以為粒 徑為0· 05?0· 30 mm的顆粒、長邊為1?20 mm的片狀材料或長為1?20 mm的線狀材料。 其投入濃度根據(jù)處理水質(zhì)選擇。可選用商業(yè)成品臭氧催化劑。催化氧化塔中下部外側(cè)的加 料管，用于補(bǔ)充新的催化劑；底部的收集斗和放空口，用于收集和排出舊的催化劑。
[0015] 上述技術(shù)方案中，所述中心接觸塔內(nèi)，鈦制曝氣頭的的服務(wù)面積為塔體截面積的 1. 5倍，導(dǎo)流斜面的傾角為45度，進(jìn)水總管位于集氣罩中軸線位置。導(dǎo)流面的設(shè)置可使水流 以較大流速進(jìn)入連接管，并避免水回流。
[0016] 本發(fā)明中，所述膜分離組件由多個(gè)管式膜單元并聯(lián)，膜單元個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際產(chǎn)水量 確定；所述膜分離組件中，膜單元為管式氧化鋁制陶瓷膜、管式氧化鋯制陶瓷膜、管式二氧 化鈦制陶瓷膜或者管式鈦金屬膜。
[0017] 本發(fā)明還公開了利用上述裝置進(jìn)行臭氧氧化處理水的方法，包括以下步驟： (1) 將待處理水加壓后由進(jìn)水總管送入中心接觸塔內(nèi)；同時(shí)臭氧由中心接觸塔底部的 鈦制曝氣頭通入中心接觸塔內(nèi)；水與臭氧逆向接觸、混合； 所述中心接觸塔內(nèi)，操作壓力0. 15?0. 2 MPa，溶解臭氧濃度I. 0?3. 0 mg/L ; (2) 溶解有臭氧的水由輻流式連接管進(jìn)入催化氧化塔內(nèi)，同時(shí)催化氧化塔底部的鈦制 曝氣盤通入臭氧，氣流與水流均由下向上運(yùn)動(dòng)；臭氧、水、固體催化劑混合、反應(yīng)后，處理水 經(jīng)膜分離組件由出水管排出，即完成水處理過程； 所述催化氧化塔內(nèi)，操作壓力〇. 15?0. 2 MPa，溶解臭氧濃度0. 2?0. 5 mg/L ;所述膜 分離組件內(nèi)，跨膜操作壓力為〇· 15?0· 3 MPa。
[0018] 上述技術(shù)方案中，所述中心接觸塔內(nèi)水力停留時(shí)間為0. 5?3 min ;所述催化氧化 塔內(nèi)水力停留時(shí)間為2?20 min。中心接觸塔和催化氧化塔的操作壓力通過調(diào)節(jié)臭氧進(jìn) 氣量和尾氣排放管上的節(jié)流閥來控制。當(dāng)操作壓力持續(xù)增大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)低臭氧進(jìn)氣量，調(diào) 高排氣量，反之，調(diào)高臭氧進(jìn)氣量，調(diào)低排氣量。水處理后，剩余臭氧由頂部集氣罩收集后排 出，固體催化劑滯留在塔內(nèi)。
[0019] 上述技術(shù)方案中，中心接觸塔和催化氧化塔中的溶解臭氧濃度通過溶解臭氧計(jì)量 槽內(nèi)設(shè)在線監(jiān)測儀測定；通過調(diào)節(jié)水力停留時(shí)間和進(jìn)氣臭氧濃度來控制。當(dāng)溶解臭氧濃度 持續(xù)增大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)低進(jìn)氣臭氧濃度，調(diào)高水力停留時(shí)間，反之，調(diào)高進(jìn)氣臭氧濃度，調(diào)低 水力停留時(shí)間。
[0020] 本發(fā)明中，鈦制曝氣頭連接以空氣或氧氣為氣源的臭氧發(fā)生器，通過調(diào)節(jié)機(jī)器功 率和氣源氣量可以控制臭氧投加量。所述中心接觸塔、催化氧化塔和輻流式連接管均優(yōu)選 為AISL-316L不銹鋼或其他耐壓、耐臭氧腐蝕材質(zhì)。
[0021] 本發(fā)明中，固體催化劑在氣流、水流的共同作用下呈完全流化狀態(tài)；膜分離組件采 用外壓方式運(yùn)行，利用塔內(nèi)加壓與出水管抽真空的聯(lián)合作用，提供跨膜操作壓力，這使得微 米級(jí)固體催化劑也能被用于連續(xù)的水處理過程，有利于顯著提升反應(yīng)器的除污效能和操作 穩(wěn)定性；另外，借助于膜表面氣、液相的剪切力和臭氧的強(qiáng)氧化性，膜孔堵塞和產(chǎn)生凝膠層 等問題將得到有效抑制，膜組件透水性能良好，使用壽命更長。
[0022] 本發(fā)明可以以多塔組合的方式運(yùn)行，即1個(gè)中心接觸塔連接1?4個(gè)催化氧化塔， 催化氧化塔之間為并聯(lián)方式，位于中心接觸塔四周，使中心接觸塔位于反應(yīng)裝置中心位置； 水流經(jīng)過中心接觸塔后，由導(dǎo)流斜面進(jìn)入輻流式連接管，再分流入各個(gè)催化氧化塔內(nèi)；極大 地拓展了本發(fā)明的適用范圍，提升了其操作靈活性和處理經(jīng)濟(jì)性；而且根據(jù)處理量，可以選 擇聯(lián)用塔的數(shù)量，明顯區(qū)別于有效體積固定的傳統(tǒng)反應(yīng)器。
[0023] 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)： (1)本發(fā)明公開的用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置中，中心接觸塔一方面可提 高臭氧分子在水中的溶解度，有利于提高后續(xù)非均相催化反應(yīng)的處理效能；另一方面可利 用高濃度臭氧有選擇性地去除水中部分的不飽和、大分子有機(jī)物，防止其吸附于固體催化 劑表面，導(dǎo)致催化劑的活性降低。
[0024] (2)本發(fā)明利用的膜分離組件能耐受臭氧腐蝕，可以有效地截留固體催化劑；并且 塔內(nèi)加壓與出水管抽真空的聯(lián)合作用給膜分離組件提供跨膜操作壓力，進(jìn)一步提高了膜分 離組件截留固體催化劑的能力，實(shí)現(xiàn)固體催化劑與水的高效分離。
[0025] (3)本發(fā)明公開的裝置適用微米級(jí)固體催化劑，固體催化劑在氣流、水流的共同作 用下呈完全流化狀態(tài)，增加催化效果的同時(shí)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中催化劑易流失的缺陷，顯著 提升反應(yīng)裝置的水處理效能和操作穩(wěn)定性；還解決了現(xiàn)有技術(shù)中膜孔堵塞和產(chǎn)生凝膠層等 問題，增加了膜分離組件的透水性能，使用壽命更長。
[0026] (4)本發(fā)明提供的處理方法中，首次在臭氧處理時(shí)引入壓力，臭氧在水中的溶解度 高，可以有效的去除污水中的不飽和、大分子有機(jī)物，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于催化劑表面吸 附高分子而導(dǎo)致其催化性能下降的缺點(diǎn)。
[0027] (5)本發(fā)明提供的處理方法中，首次提出基于溶解臭氧濃度進(jìn)行裝置的運(yùn)行調(diào)控； 與傳統(tǒng)監(jiān)測氣相臭氧濃度的方法相比，本發(fā)明的控制手段更加靈敏、可靠，可適用于飲用水 凈化和廢水處理等多種情形，能在最大程度上優(yōu)化裝置的水力停留時(shí)間和臭氧投加量，實(shí) 現(xiàn)節(jié)能、降耗的目的。
[0028] (6)本發(fā)明可以以多塔組合的方式運(yùn)行，根據(jù)待處理水水質(zhì)、水量選擇催化氧化塔 的數(shù)量，水處理靈活，氣、液傳質(zhì)效率高，方法簡單，易于操作，處理時(shí)間短，成本低，適合工 業(yè)化應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是實(shí)施例一中用于非均相催化臭氧氧化處理水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是實(shí)施例一中用于非均相催化臭氧氧化處理水裝置中中心接觸塔縱剖面結(jié)構(gòu)示 意圖； 圖3是實(shí)施例一中用于非均相催化臭氧氧化處理水裝置中催化氧化塔縱剖面結(jié)構(gòu)示 意圖； 圖4是實(shí)施例二中用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置的俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖、實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述： 實(shí)施例中未注明具體的實(shí)驗(yàn)方法時(shí)，遵照國家標(biāo)準(zhǔn)方法和條件進(jìn)行。
[0031] 實(shí)施例一 將本發(fā)明用于凈化中度富營養(yǎng)化的湖水。參見附圖1-3,非均相催化臭氧氧化處理水 裝置由1個(gè)中心接觸塔1〇、2根輻流式連接管30和2個(gè)催化氧化塔20組成。其中，中心接 觸塔10塔體高度900 mm，塔體直徑120 mm ;催化氧化塔20塔體高度900 mm，塔體直徑170 中心接觸塔與催化氧化塔通過輻流式連接管30連接，輻流式連接管上設(shè)有電磁節(jié)流閥 31，輻流式連接管上還設(shè)有取樣口 32,取樣口設(shè)置截止閥33 ;中心接觸塔頂部設(shè)有集氣罩 11 ;集氣罩通過法蘭15與塔體連接；該集氣罩上設(shè)有尾氣排放管112 ;尾氣排放管上設(shè)有 壓力表113與電磁節(jié)流閥114 ;進(jìn)水總管111穿過集氣罩伸入中心接觸塔內(nèi)；進(jìn)水總管位于 中心接觸塔塔內(nèi)部分的長度為200 mm ;中心接觸塔底部設(shè)有鈦制曝氣頭13 ;鈦制曝氣頭的 平均孔徑為5 μ m ;鈦制曝氣頭通過進(jìn)氣管131連接臭氧發(fā)生器；鈦制曝氣頭周邊設(shè)有導(dǎo)流 斜面14 ;斜面的上端與鈦制曝氣頭的底面接觸，下端與輻流式連接管接觸；催化氧化塔頂 部設(shè)有集氣罩27 ;集氣罩通過法蘭28與塔體連接；該集氣罩上設(shè)有尾氣排放管271 ;尾氣 排放管上設(shè)有壓力表272與電磁節(jié)流閥273 ;催化氧化塔中部設(shè)有圓柱形膜分離組件24 ; 膜分離組件固定于支架243上，支架243固定于催化氧化塔內(nèi)壁上；膜分離組件長500 mm， 橫截面直徑80 mm，選用4根7通道氧化鋯陶瓷膜，單根膜單元尺寸為Φ30Χ450 mm，每根膜 單元間距20mm ;過濾精度0. 2 μ m ;膜分離組件頂端設(shè)有出水管241 ;出水管穿出催化氧化 塔，并且穿出部分設(shè)有真空表242 ;催化氧化塔中下部設(shè)有圓柱形固體催化劑加料管26 ;固 體催化劑加料管上設(shè)有截止閥261 ;催化氧化塔底部設(shè)有鈦制曝氣盤21 ;鈦制曝氣盤直徑 80 mm,平均孔徑5 μ m;鈦制曝氣盤的頂端低于福流式連接管的底端；鈦制曝氣頭通過進(jìn)氣 管211連接臭氧發(fā)生器；催化氧化塔底端設(shè)有收集斗22 ;收集斗底部設(shè)有放空口 221和截 止閥222 ;固體催化劑23位于催化氧化塔內(nèi)；中心接觸塔中部均設(shè)有封閉的溶解臭氧計(jì)量 槽12,溶解臭氧計(jì)量槽內(nèi)設(shè)在線監(jiān)測儀121 ;催化氧化塔中部設(shè)有封閉的溶解臭氧計(jì)量槽 25,溶解臭氧計(jì)量槽內(nèi)設(shè)在線監(jiān)測儀251。
[0032] 實(shí)際處理步驟為： (1) 原水經(jīng)混凝預(yù)處理后以10 L/min流量由進(jìn)水總管流入中心接觸塔，并與底部鈦制 曝氣頭通入的臭氧氣流逆向接觸，塔內(nèi)水力停留時(shí)間為1.0 min，操作壓力0.15 MPa;根據(jù) 頂部尾氣排放管的壓力表讀數(shù)，調(diào)節(jié)排氣節(jié)流閥和臭氧進(jìn)氣量，以實(shí)現(xiàn)壓力控制。鈦制曝氣 頭平均孔徑5 μπι，進(jìn)氣管連接一臺(tái)CF-G-2-lOg型臭氧發(fā)生器(青島國林實(shí)業(yè)股份有限公 司），后者以空氣為氣源。中心接觸塔的進(jìn)氣臭氧濃度20 g/Nm3,氣流流量0.4 NmVh，控制 水中溶解臭氧濃度為2.1 ± 0.5 mg/L，尾氣經(jīng)集氣罩送至尾氣破壞裝置； (2) 水流經(jīng)導(dǎo)流面均勻分配至2根連接管內(nèi)，再從催化氧化塔底部進(jìn)入，單塔水力停留 時(shí)間為4.0 min，操作壓力0.15 MPa;根據(jù)頂部尾氣排放管的壓力表讀數(shù)，調(diào)節(jié)排氣節(jié)流閥 和臭氧進(jìn)氣量，以實(shí)現(xiàn)壓力控制。由塔內(nèi)壓力與出水管抽真空的壓力聯(lián)合作用控制膜分離 組件跨膜操作壓力〇. 2~0. 25 MPa。鈦制曝氣盤直徑80 mm，平均孔徑5 μ m，進(jìn)氣管連接至 一臺(tái)CF-G-2-20g型臭氧發(fā)生器，后者以空氣為氣源。單個(gè)催化氧化塔的進(jìn)氣臭氧濃度10 g/Nm 3,氣流流量0. 75 NmVh，控制水中溶解臭氧濃度為0. 2 ± 0. I mg/L，尾氣經(jīng)集氣罩送 至尾氣破壞裝置。固體催化劑采用正方形改性活性炭纖維(上海活性炭制品有限公司），邊 長3 mm，堆積密度500 kg/m3,單位塔容積的投加量為200 g/m3,其在氣流、水流作用下呈完 全流化狀態(tài)。處理水通過膜分離組件，進(jìn)入出水管排出，即完成水處理過程。
[0033] 使用本發(fā)明連續(xù)處理中度富營養(yǎng)化的湖水6 h，結(jié)果如表1所示。
[0034] 表1本發(fā)明對(duì)天然湖水的處理效果

【權(quán)利要求】
1. 一種用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置，其特征在于：包括1個(gè)中心接觸塔、 1?4個(gè)催化氧化塔、輻流式連接管以及固體催化劑、進(jìn)水總管；所述中心接觸塔與催化氧 化塔通過輻流式連接管連接； 所述中心接觸塔塔體為圓柱形結(jié)構(gòu)，高徑比為6?8 : 1; 所述中心接觸塔頂部設(shè)有集氣罩；該集氣罩上設(shè)有尾氣排放管；所述尾氣排放管上設(shè) 有壓力表與電磁節(jié)流閥； 所述進(jìn)水總管穿過集氣罩伸入中心接觸塔內(nèi)；所述進(jìn)水總管位于中心接觸塔塔內(nèi)部分 的長度為中心接觸塔塔體高度的20?25% ; 所述中心接觸塔底部設(shè)有鈦制曝氣頭；所述鈦制曝氣頭的孔徑為2?5 μ m ;所述鈦制 曝氣頭周邊設(shè)有導(dǎo)流斜面；所述斜面的上端與鈦制曝氣頭的底面接觸，下端與輻流式連接 管接觸； 所述催化氧化塔塔體為圓柱形結(jié)構(gòu)，其有效高度與中心接觸塔的有效高度一致，高徑 比為4?6 : 1 ; 所述催化氧化塔頂部設(shè)有集氣罩；該集氣罩上設(shè)有尾氣排放管；所述尾氣排放管上設(shè) 有壓力表與電磁節(jié)流閥； 所述催化氧化塔中部設(shè)有圓柱形膜分離組件；所述膜分離組件的長度為催化氧化塔塔 體高度的30?60% ;所述膜分離組件的直徑為催化氧化塔塔體直徑的30?50% ;所述膜分 離組件的過濾精度為0. 1?1. 0 μ m ; 所述膜分離組件頂端設(shè)有出水管；所述出水管穿出催化氧化塔，并且穿出部分設(shè)有真 空表； 所述催化氧化塔中下部設(shè)有圓柱形固體催化劑加料管；所述固體催化劑加料管上設(shè)有 截止閥； 所述催化氧化塔底部設(shè)有鈦制曝氣盤；所述鈦制曝氣盤的孔徑為2?5 μ m ;所述鈦制 曝氣盤直徑為膜分離組件直徑的I. 0?1. 5倍；所述鈦制曝氣盤的頂端低于輻流式連接管 的底端； 所述催化氧化塔底端設(shè)有收集斗；所述收集斗底部設(shè)有放空口和截止閥； 所述固體催化劑位于催化氧化塔內(nèi)； 所述中心接觸塔、催化氧化塔中部均設(shè)有封閉的溶解臭氧計(jì)量槽。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置，其特征在于：所述集 氣罩通過法蘭與塔體連接；所述收集斗通過法蘭與塔體連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置，其特征在于：所述中 心接觸塔頂部的集氣罩為平頂錐形；所述催化氧化塔頂部的集氣罩為圓錐形；所述催化氧 化塔底端的收集斗為倒圓錐形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置，其特征在于：所述膜 分離組件固定于支架上；所述支架固定于催化氧化塔內(nèi)壁上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置，其特征在于：所述輻 流式連接管上設(shè)有電磁節(jié)流閥和取樣口。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置，其特征在于：所述固 體催化劑的堆積密度為450?900 kg/m3 ;所述固體催化劑為粒徑為0. 05?0. 30 mm的顆 粒、長邊為1?20 mm的片狀材料或長為1?20 mm的線狀材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置，其特征在于：所述中 心接觸塔內(nèi)，鈦制曝氣頭的的服務(wù)面積為塔體截面積的1. 5倍，導(dǎo)流斜面的傾角為45度，進(jìn) 水總管位于集氣罩中軸線位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置，其特征在于：所述膜 分離組件中，膜單元為管式氧化鋁制陶瓷膜、管式氧化鋯制陶瓷膜、管式二氧化鈦制陶瓷膜 或者管式鈦金屬膜。
9. 一種利用權(quán)利要求1?8所述任意一種用于非均相催化臭氧氧化處理水的裝置進(jìn)行 臭氧氧化處理水的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將待處理水加壓后由進(jìn)水總管送入中心接觸塔內(nèi)；同時(shí)臭氧由中心接觸塔底部的 鈦制曝氣頭通入中心接觸塔內(nèi)；水與臭氧逆向接觸、混合； 所述中心接觸塔內(nèi)，操作壓力〇. 15?0. 2MPa，溶解臭氧濃度為I. 0?3. 0 mg/L ; (2) 溶解有臭氧的水由輻流式連接管進(jìn)入催化氧化塔內(nèi)，同時(shí)催化氧化塔底部的鈦制 曝氣盤通入臭氧，氣流與水流均由下向上運(yùn)動(dòng)；臭氧、水、固體催化劑混合、反應(yīng)后，處理水 經(jīng)膜分離組件由出水管排出，即完成水處理過程； 所述催化氧化塔內(nèi)，操作壓力〇. 15?0. 2MPa，溶解臭氧濃度0. 2?0. 5 mg/L ;所述膜 分離組件內(nèi)，跨膜操作壓力為〇· 15?0· 3MPa。 1 〇.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于：所述中心接觸塔內(nèi)水力停留時(shí)間為 0· 5?3 min ;所述催化氧化塔內(nèi)水力停留時(shí)間為2?20 min。
【文檔編號(hào)】C02F1/78GK104211160SQ201410394267
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】錢飛躍, 陳重軍, 梅娟, 王建芳, 沈耀良, 吳鵬 申請(qǐng)人:蘇州科技學(xué)院