申请日20200715
公开(公告)日20201002
IPC分类号C02F9/12; C02F101/30
摘要
本发明提供了一种有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置及有机废水深度处理方法，属于有机废水深度处理技术领域。本发明所述有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置的基本原理为：装置内固定的催化剂层与臭氧和有机废水中的水发生催化反应，生成羟基自由基，再由羟基自由基氧化分解有机废水中的有机污染物。本发明通过增加电磁感应作用、改变装置结构和运行方式，增加了臭氧催化氧化的氧化效率，提高臭氧利用率，节能降耗。
权利要求书
1.一种有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，其特征在于，包括射流器(1)、反应管(2)、永磁体(3)、旋流桨(4)、中心轴(5)和催化剂层(8);
所述射流器(1)与反应管(2)的一端相连;
所述永磁体(3)设置于所述反应管(2)的内壁对称的两侧或外壁对称的两侧;
所述旋流桨(4)设置于所述反应管(2)内，且与所述永磁体(3)的位置相对应;
所述旋流桨(4)的桨叶上设置有与所述永磁体(3)产生的磁感线垂直的导电材料，或者所述旋流桨(4)的桨叶由导电材料制成;
所述射流器(1)、反应管(2)、旋流桨(4)和中心轴(5)的中轴线重合;
所述中心轴(5)依次穿过若干个所述旋流桨(4)，所述旋流桨(4)和中心轴(5)整体放置于所述反应管(2)内;所述中心轴(5)的两端分别与所述反应管(2)的两端相连;
所述催化剂层(8)固定于所述旋流桨(4)的桨叶表面、反应管(2)的内壁和中心轴(5)中的一处或几处。
2.根据权利要求1所述的有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述永磁体(3)包括南永磁体(31)和北永磁体(32);所述永磁体(3)为圆柱拱形结构，所述永磁体(3)与所述反应管(2)紧密贴合。
3.根据权利要求1所述的有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述旋流桨(4)的个数为若干个，相邻的所述旋流桨(4)设置不同方向的桨叶，使相邻的所述旋流桨(4)的扭转方向相反，相邻的两个旋流桨分别为顺旋流桨(41)和逆旋流桨(42)。
4.根据权利要求1或3所述的有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述旋流桨(4)为螺旋桨形结构，所述旋流桨(4)的直径小于所述反应管(2)的内径，所述旋流桨(4)的中轴线处为中心圆环柱，所述中心轴(5)由所述中心圆环柱的镂空处穿过。
5.根据权利要求4所述的有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述旋流桨(4)的桨叶数量为3～6片，桨叶角为15～70°，实度为0.02～1.5。
6.根据权利要求1所述的有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，其特征在于，还包括支撑架(6)，所述支撑架(6)固定于所述反应管(2)两端，且与所述中心轴(5)的两端相连，所述支撑架(6)与所述中心轴(5)的中轴线重合;所述支撑架(6)为轴向对称结构，中间部分镂空。
7.根据权利要求1所述的有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，其特征在于，还包括定位卡(7)，所述定位卡(7)设置于所述旋流桨(4)后部，且固定于所述中心轴(5)上;所述定位卡(7)的个数为若干个，所述定位卡(7)与旋流桨(4)一一对应。
8.根据权利要求1所述的有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，其特征在于，还包括电机(9)，所述电机(9)与反应管(2)另一端的中心轴(5)相连。
9.一种利用权利要求1～6任一项所述有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置进行有机废水深度处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将有机废水和臭氧同时通入射流器(1)中，进行混合，得到臭氧饱和废水;
将所述臭氧饱和废水通入反应管(2)，旋流桨(4)转动切割永磁体(3)产生的磁感线，产生电流，在电流的增强作用下，催化剂层(8)催化臭氧和水反应，氧化去除有机废水中的污染物。
说明书
一种有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置及有机废水深度处理方法
技术领域
本发明涉及有机废水深度处理技术领域，尤其涉及一种有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置及有机废水深度处理方法。
背景技术
有机废水是以有机物为主要污染物的废水，其来源于畜禽养殖、食品加工、皮革加工、印染等行业;深度处理是指废水经一级处理(预处理)、二级处理之后，为了使水体达到更高的水处理标准要求而设置的处理工段。随着社会进步，对环境保护建设的力度不断增强，仅一、二级处理的有机废水水质会直接导致水体富营养化，已经不能满足当下的社会、环境需求，因此有机废水深度处理不可或缺。然而，根据水体污染物分解去除的动力学一般规律可知，随着废水处理深度的加深，处理难度加大，深度处理的难度远高于一、二级处理难度，传统处理方法无法进行深度处理。
臭氧催化氧化技术是一种常见的有机废水深度处理技术，其具有处理效果好、反应时间短、无二次污染的优点，与其他深度处理技术相比具有明显的优势，发展前景巨大。然而，臭氧催化氧化技术还存在氧化效率弱、臭氧利用率低、能耗高的缺陷，直接限制了其推广和应用。
臭氧催化氧化的原理有两个方面：一是利用臭氧自身的氧化性，氧化分解有机污染物，氧化电极电位为2.07V;二是由催化剂催化臭氧和水反应生成羟基自由基，再由羟基自由基氧化分解有机污染物，羟基自由基氧化电极电位为2.80V。高氧化电极电位的羟基自由基比臭氧具有更高的氧化性和氧化效率，能够氧化分解臭氧难以氧化去除的有机污染物，因此臭氧催化氧化反应能尽可能多的将臭氧转变为羟基自由基。
实际上，由于臭氧催化氧化处理废水一般采用固体催化剂，即发生异相催化氧化反应，因此界面传质效率较低，臭氧经催化生成羟基自由基的比例小，氧化效率差，直接限制水体中有机污染物的分解去除。另一方面，羟基自由基在液相中存在的时间极短，不超过10-9秒，即使生成的羟基自由基足够多，但是如不能快速接触、氧化污染物，再多的羟基自由基也是不能提高催化氧化反应效果的，因此羟基自由基的接触效率也是影响污染物氧化分解的关键因素。
目前，针对上文所述的臭氧催化氧化技术存在的问题，现有技术仍难以解决。因此。研发一种氧化效率高、高臭氧利用率、低能耗的新型臭氧催化氧化装置和方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置及有机废水深度处理方法，所述装置能够增高臭氧催化氧化的氧化效率、增大臭氧利用率、节能降耗。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，包括射流器1、反应管2、永磁体3、旋流桨4、中心轴5和催化剂层8;
所述射流器1与反应管2的一端相连;
所述永磁体3设置于所述反应管2的内壁对称的两侧或外壁对称的两侧;
所述旋流桨4设置于所述反应管2内，且与所述永磁体3的位置相对应;
所述旋流桨4的桨叶上设置有与所述永磁体3产生的磁感线垂直的导电材料，或者所述旋流桨4的桨叶由导电材料制成;
所述射流器1、反应管2、旋流桨4和中心轴5的中轴线重合;
所述中心轴5依次穿过若干个所述旋流桨4，所述旋流桨4和中心轴5 整体放置于所述反应管2内;所述中心轴5的两端分别与所述反应管2的两端相连;
所述催化剂层8固定于所述旋流桨4的桨叶表面、反应管2的内壁和中心轴5中的一处或几处。
优选的，所述永磁体3包括南永磁体31和北永磁体32;所述永磁体3 为圆柱拱形结构，所述永磁体3与所述反应管2紧密贴合。
优选的，所述旋流桨4的个数为若干个，相邻的所述旋流桨4设置不同方向的桨叶，使相邻的所述旋流桨4的扭转方向相反，相邻的两个旋流桨分别为顺旋流桨41和逆旋流桨42。
优选的，所述旋流桨4为螺旋桨形结构，所述旋流桨4的直径小于所述反应管2的内径，所述旋流桨4的中轴线处为中心圆环柱，所述中心轴5由所述中心圆环柱的镂空处穿过。
优选的，所述旋流桨4的桨叶数量为3～6片，桨叶角为15～70°，实度为 0.02～1.5。
优选的，还包括支撑架6，所述支撑架6固定于所述反应管2两端，且与所述中心轴5的两端相连，所述支撑架6与所述中心轴5的中轴线重合;所述支撑架6为轴向对称结构，中间部分镂空。
优选的，还包括定位卡7，所述定位卡7设置于所述旋流桨4后部，且固定于所述中心轴5上;所述定位卡7的个数为若干个，所述定位卡7与旋流桨4一一对应。
优选的，还包括电机9，所述电机9与反应管2另一端的中心轴5相连。
本发明提供了一种利用上述技术方案所述有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置进行有机废水深度处理的方法，包括以下步骤：
将有机废水和臭氧同时通入射流器1中，进行混合，得到臭氧饱和废水;
将所述臭氧饱和废水通入反应管2，旋流桨4转动切割永磁体3产生的磁感线，产生电流，在电流的增强作用下，催化剂层8催化臭氧和水反应，氧化去除有机废水中的污染物。
本发明提供了一种有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，包括射流器1、反应管2、永磁体3、旋流桨4、中心轴5和催化剂层8;所述射流器1与反应管2的一端相连;所述永磁体3设置于所述反应管2的内壁对称的两侧或外壁对称的两侧;所述旋流桨4设置于所述反应管2内，且与所述永磁体3的位置相对应;所述旋流桨4的桨叶上设置有与所述永磁体3产生的磁感线垂直的导电材料，或者所述旋流桨4的桨叶由导电材料制成;所述射流器1、反应管2、旋流桨4和中心轴5的中轴线重合;所述中心轴5 依次穿过若干个所述旋流桨4，所述旋流桨4和中心轴5整体放置于所述反应管2内;所述中心轴5的两端分别与所述反应管2的两端相连;所述催化剂层8固定于所述旋流桨4的桨叶表面、反应管2的内壁和中心轴5中的一处或几处。本发明所述有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置的基本原理为：装置内固定的催化剂层8与臭氧和有机废水中的水发生催化反应，生成羟基自由基，再由羟基自由基氧化分解有机废水中的有机污染物。
本发明通过增加电磁感应作用、改变装置结构和运行方式，增加了臭氧催化氧化的氧化效率，提高臭氧利用率，节能降耗。本发明所述装置内设置有永磁体，永磁体分布有强磁场，在有机废水水流的固有推力旋转作用下，通过旋流桨中导电体切割磁感线作用，产生电流，电流能够增强催化剂的催化作用，将臭氧和水充分催化生成羟基自由基，增高氧化效率;本发明的装置内安装有旋流桨结构，可利用有机废水水流的固有推力旋转，对水流产生横向剪切力，进而产生旋转水流，能够加快有机废水中气、液、固异相混合，提高催化剂和臭氧、水以及羟基自由基与污染物的接触效率，快速产生大量羟基自由基，同时，旋转水流能够提高羟基自由基和污染物的接触效率，使羟基自由基能够快速氧化去除污染物，提高臭氧和羟基自由基的利用率，提高氧化效率，增大臭氧利用率。本发明所述旋流桨能够使得水流转变为旋转推进，而传统曝气方法中，气流为垂直上升，本发明采用旋转推进能够加快反应进程，提高臭氧和羟基自由基的利用率，提高臭氧催化氧化反应效率，降低反应能耗。
本发明所述有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置的主体(反应管)采用管式结构，能够方便运输和安装，可作为有机废水的运输管道架设，节约占地面积。
本发明所述装置各个部分均为模块化设计：旋流桨、支撑架、定位卡、催化剂均设置于中心轴上，可以由中心轴便捷推入、安装、拉出或维护;永磁体附于反应管管壁上，安装、拆卸方便。
本发明所述有机废水深度处理电磁增强臭氧催化氧化装置，原理、结构简单，对有机废水深度处理效果好，运行稳定，占地面积小，装卸、维护便捷。（发明人覃理嘉;康坤;黄纯钦;涂方祥;杨芳显;申永刚;蒋衡;欧奕霏）
