公布日：2022.05.06
申请日：2022.01.14
分类号：C02F1/72(2006.01)I;C02F1/78(2006.01)I;B01J23/34(2006.01)I;C02F101/38(2006.01)N;C02F103/38(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种臭氧催化氧化反应器及其在粘胶纤维废水处理中应用，臭氧催化氧化反应器包括筒体，位于筒体内部的射流曝气组件、催化反应组件以及反洗组件，催化反应组件位于筒体内上部，催化反应组件包括若干可同步转动的催化剂放置盘，每个催化剂放置盘底面、顶面和侧面均设有若干用于透水的通孔，每个催化剂放置盘内部均充填有催化填料。所述应用为在含有甲基氧化吗啉的莱赛尔废水中的应用。本发明的臭氧催化氧化反应器将臭氧的强氧化性和催化剂的吸附、催化特性结合起来，利用臭氧分子在催化剂表面产生的羟基自由基去除污水中难生物降解有机物等，有效的解决了有机物降解不完全的问题。
权利要求书
1.一种臭氧催化氧化反应器，其特征在于，包括筒体（1），位于所述筒体（1）内部的射流曝气组件（2）、催化反应组件（3）以及反洗组件（4），所述射流曝气组件（2）位于所述筒体（1）内底部，射流曝气组件（2）包括由筒体（1）外部延伸至筒体（1）内部的臭氧输送管（21）和污水输送管（22），以及位于所述臭氧输送管（21）和污水输送管（22）之间的若干等间距排列设置的曝气射流器（23），每组所述曝气射流器（23）上方均与臭氧输送管（21）连接，每组曝气射流器（23）下方均与污水输送管（22）连接；所述催化反应组件（3）位于所述筒体（1）内上部，催化反应组件（3）包括若干可同步转动的催化剂放置盘（5），每个所述催化剂放置盘（5）底面、顶面和侧面均设有若干用于透水的通孔（51），每个催化剂放置盘（5）内部均充填有催化填料；所述反洗组件（4）位于所述筒体（1）内中部，反洗组件（4）与所述催化反应组件（3）之间设有承托层（6），反洗组件（4）包括上下并排设置的反冲洗进水管（41）和反冲洗进气管（42）；所述催化剂放置盘（5）为6组且上下等间距设置，每相邻两组催化剂放置盘（5）之间均设有一组用于传输催化填料的传送桶（52），位于最下方的催化剂放置盘（5）还额外通过一组贯穿其余催化剂放置盘（5）的加长传送桶（53）与位于最上方的催化剂放置盘（5）连接，所述传送桶（52）和加长传送桶（53）均与每组催化剂放置盘（5）转动连接；所述承托层（6）包括位于下部的过滤网（61）和位于上部的支撑板（62），所述支撑板（62）上表面设有一组用于上下限位固定催化剂放置盘（5）的限位杆（63），所述限位杆（63）依次贯穿每组催化剂放置盘（5）后与位于所述筒体（1）内上部的固定板（11）连接，限位杆（63）与每组催化剂放置盘（5）均转动连接，所述固定板（11）一端设有转动电机（7），所述转动电机（7）下方的输出端设有用于驱动位于最上方的一组催化剂放置盘（5）转动的转动轮（71），所述转动轮（71）的外齿与最上方的一组催化剂放置盘（5）外壁设有的齿啮合转动连接；支撑板（62）与转动电机（7）对应一端的上表面设有一组立柱（8），所述立柱（8）在对应每两组催化剂放置盘（5）间隙处均设有一组弧形挡板（81），所述弧形挡板（81）内表面设有齿槽（82），每组传送桶（52）及加长传送桶（53）外壁中部均设有齿条（54），当传送桶（52）及加长传送桶（53）转动至弧形挡板（81）所在位置处时所述齿条（54）与所述齿槽（82）对接用于控制传送桶（52）及加长传送桶（53）转动，位于齿条（54）上下位置处的传送桶（53）外壁设有小孔（56）；所述传送桶（52）及加长传送桶（53）内部均设有传输绞龙（55），传送桶（52）内部的传输绞龙（55）与加长传送桶（53）内部的传输绞龙（55）设置方向相反，传送桶（52）用于向上送料，加长传送桶（53）用于向下送料，传送桶（52）及加长传送桶（53）在纵向上围成一个圆环且间隔角度相同。
2.根据权利要求1所述的一种臭氧催化氧化反应器，其特征在于，所述催化填料直径为3‑5mm，堆积密度为0.6‑0.8t/m3，比表面积为150‑300m2/g，催化填料为Y2O3、MgO以及MnO2负载的活性炭颗粒，催化反应组件（3）高度为1.5‑3m。
3.根据权利要求1所述的一种臭氧催化氧化反应器，其特征在于，所述限位杆（63）上部靠近所述固定板（11）的位置处为可伸缩设置，弧形挡板（81）与立柱（8）外侧设有的滑槽（83）滑动连接，弧形挡板（81）上下边缘均设有若干用于使弧形挡板（81）沿催化剂放置盘（5）上下表面滑动的滑轮（84）。
4.根据权利要求1所述的一种臭氧催化氧化反应器，其特征在于，所述筒体（1）上部一侧设有出水口（12），筒体（1）顶部和侧壁均设有检修口（13）。
5.根据权利要求1‑4任意一项所述臭氧催化氧化反应器在粘胶纤维废水处理中应用，其特征在于，应用方法包括以下步骤：S1：将待处理的粘胶纤维废水由污水输送管（22）内输入，将质量浓度为30‑50mg/L的臭氧由臭氧输送管（21）内输入，进气流速为1‑1.2L/min；S2：将曝气后的废水依次通过每组催化剂放置盘（5），开启转动电机（7）使催化剂放置盘（5）转动提高催化填料的催化效果，催化反应时间为1‑1.5h，再将催化反应后的废水由出水口（12）排出；S3：每隔6h反洗一次对筒体内部及过滤网（61）进行清洗，通过反冲洗进气管（42）注入空气，气洗强度为10‑15L/m2/s，通过反冲洗进水管（41）注入清水，水洗强度为5‑7L/m2/s，反洗时间10‑30min。
6.根据权利要求5所述的一种臭氧催化氧化反应器在粘胶纤维废水处理中应用，其特征在于，所述催化填料的制备方法为：将活性炭颗粒浸泡于质量浓度1mol/L的Mn(NO3)2、Mg(NO3)2和Y(NO3)3溶液中搅拌反应6h，随后滴加质量浓度1mol/L的KMnO4和NaOH溶液，静置6h，过滤得到固体混合物，将固体混合物在105‑110℃下烘干，再在400‑450℃下煅烧1‑3h得到Y2O3、MgO以及MnO2负载的活性炭颗粒，其中Y的质量比例为1.3‑1.5%，Mg的质量比例为0.8‑1%，Mn的质量比例为4.7‑5%。
7.根据权利要求6所述的一种臭氧催化氧化反应器在粘胶纤维废水处理中应用，其特征在于，所述Mn(NO3)2、Mg(NO3)2和Y(NO3)3混合溶液与滴加的KMnO4和NaOH溶液体积比为29：1：1。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种臭氧催化氧化反应器及其在粘胶纤维废水处理中应用。
本发明的技术方案是：
一种臭氧催化氧化反应器，包括筒体，位于所述筒体内部的射流曝气组件、催化反应组件以及反洗组件，
所述射流曝气组件位于所述筒体内底部，射流曝气组件包括由筒体外部延伸至筒体内部的臭氧输送管和污水输送管，以及位于所述臭氧输送管和污水输送管之间的若干等间距排列设置的曝气射流器，每组所述曝气射流器上方均与臭氧输送管连接，每组曝气射流器下方均与污水输送管连接；
所述催化反应组件位于所述筒体内上部，催化反应组件包括若干可同步转动的催化剂放置盘，每个所述催化剂放置盘底面、顶面和侧面均设有若干用于透水的通孔，每个催化剂放置盘内部均充填有催化填料；
所述反洗组件位于所述筒体内中部，反洗组件与所述催化反应组件之间设有承托层，反洗组件包括上下并排设置的反冲洗进水管和反冲洗进气管；
进一步地，所述催化填料直径为3‑5mm，堆积密度为0.6‑0.8t/m3，比表面积为150‑300m2/g，催化填料为Y2O3、MgO以及MnO2负载的活性炭颗粒，催化反应组件高度为1.5‑3m。催化剂呈混合状态布置，使其在高程上得到了最大化利用，催化剂的催化效果有利于强化臭氧氧化效果，降低臭氧反应浓度，同时臭氧氧化有助于催化剂的催化活性稳定，延迟失活周期。
进一步地，所述催化剂放置盘为6组且上下等间距设置，每相邻两组催化剂放置盘之间均设有一组用于传输催化填料的传送桶，位于最下方的催化剂放置盘还额外通过一组贯穿其余催化剂放置盘的加长传送桶与位于最上方的催化剂放置盘连接，所述传送桶和加长传送桶均与每组催化剂放置盘转动连接；
所述承托层包括位于下部的过滤网和位于上部的支撑板，所述支撑板上表面设有一组用于上下限位固定催化剂放置盘的限位杆，所述限位杆依次贯穿每组催化剂放置盘后与位于所述筒体内上部的固定板连接，限位杆与每组催化剂放置盘均转动连接，所述固定板一端设有转动电机，所述转动电机下方的输出端设有用于驱动位于最上方的一组催化剂放置盘转动的转动轮，所述转动轮的外齿与催化剂放置盘外壁设有的齿啮合转动连接；
支撑板与转动电机对应一端的上表面设有一组立柱，所述立柱在对应每两组催化剂放置盘间隙处均设有一组弧形挡板，所述弧形挡板内表面设有齿槽，每组传送桶及加长传送桶外壁中部均设有齿条，当传送桶及加长传送桶转动至弧形挡板所在位置处时所述齿条与所述齿槽对接用于控制传送桶及加长传送桶转动，位于齿条上下位置处的传送桶外壁设有小孔。通过对催化反应组件的改进增大废水和催化填料的接触面积，使催化填料不再是固定放置而是不停通过催化剂放置盘的转动以及传送桶的转动完成纵向上和横向上的更替，提高催化效果，减轻了催化填料的磨损，延长了使用寿命。
进一步地，所述限位杆上部靠近所述固定板的位置处为可伸缩设置，弧形挡板与立柱外侧设有的滑槽滑动连接，弧形挡板上下边缘均设有若干用于使弧形挡板沿催化剂放置盘上下表面滑动的滑轮。通过限位杆的上下可伸缩滑动设置带动催化反应组件做上下运动，从而达到进一步提高催化氧化效果的目的。
进一步地，所述传送桶及加长传送桶内部均设有传输绞龙，传送桶内部的传输绞龙与加长传送桶内部的传输绞龙设置方向相反，传送桶用于向上送料，加长传送桶用于向下送料，传送桶及加长传送桶在纵向上围成一个圆环且间隔角度相同。通过送料桶的转动带动传输绞龙转动从而实现物料上下输送的目的。
进一步地，所述筒体上部一侧设有出水口，筒体顶部和侧壁均设有检修口。方便工作人员进行检修。
如上述任意一项所述臭氧催化氧化反应器在粘胶纤维废水处理中应用，应用方法包括以下步骤：
S1：将待处理的粘胶纤维废水由污水输送管内输入，将质量浓度为30‑50mg/L的臭氧由臭氧输送管内输入，进气流速为1‑1.2L/min；
S2：将曝气后的废水依次通过每组催化剂放置盘，开启转动电机使催化剂放置盘转动提高催化填料的催化效果，催化反应时间为1‑1.5h，再将催化反应后的废水由出水口排出；
S3：每隔6h反洗一次对筒体内部及过滤网进行清洗，通过反冲洗进气管注入空气，气洗强度为10‑15L/m2/s，通过反冲洗进水管注入清水，水洗强度为5‑7L/m2/s，反洗时间10‑30min。
进一步地，所述粘胶纤维废水中主要污染物为甲基氧化吗啉。甲基氧化吗啉为含氮杂环化合物，化学性质未定、难生物降解，含有较多的有机氮，生化系统无法有效降解去除，而通过本发明的臭氧催化氧化反应器能够有效去除。
进一步地，所述催化填料的制备方法为：
将活性炭颗粒浸泡于质量浓度1mol/L的Mn(NO3)2、Mg(NO3)2和Y(NO3)3溶液中搅拌反应6h，随后滴加质量浓度1mol/L的KMnO4和NaOH溶液，静置6h，过滤得到固体混合物，将固体混合物在105‑110℃下烘干，再在400‑450℃下煅烧1‑3h得到Y2O3、MgO以及MnO2负载的活性炭颗粒，其中Y的质量比例为1.3‑1.5％，Mg的质量比例为0.8‑1％，Mn的质量比例为4.7‑5％。催化剂的催化效果有利于强化臭氧氧化效果，降低臭氧反应浓度，同时臭氧氧化有助于催化剂的催化活性稳定，延迟失活周期。
更进一步地，所述Mn(NO3)2、Mg(NO3)2和Y(NO3)3混合溶液与滴加的KMnO4和NaOH溶液体积比为29：1：1，通过调整溶液配比达到最大反应速率以及吸附效果。
本发明的有益效果是：
(1)本发明针对莱赛尔纤维废水兼具常规粘胶纤维废水所具备的高悬浮物、高色度以及高锌离子浓度等基本特性以及含高浓度难降解NMMO的特性，开发的新型臭氧催化反应器，有效解决了采用传统粘胶纤维废水处理方法效果不佳以及采用传统臭氧催化反应器因废水中含有高悬浮物造成反应器堵塞以及淬灭臭氧产生的羟基自由基等系列问题。
(2)本发明的针对NMMO化学结构特性，定向开发的多金属催化填料，提高了NMMO降解速率，同时还通过对反应器中催化反应组件进行改进来增大废水和催化填料的接触面积，并通过催化剂放置盘的转动以及传送桶的转动完成纵向上和横向上的更替，提高催化效果，减轻了催化填料的磨损，延长了使用寿命。
(3)采用本发明臭氧反应器处理后的莱赛尔废水的出水无色透明，COD浓度＜40mg/L，总氮浓度＜12mg/L，氨氮浓度＜4mg/L，满足城市污水一级A排放标准，解决了目前莱赛尔废水难以处理达标的行业难题。
（发明人：吕路;郭志成;陈振;孙柏岩;张炜铭;潘丙才）
