[发明专利]一种氧化纳滤膜反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化纳滤膜反应器以及利用反应器氧化的方法，该反应器将高压臭氧氧化与纳滤膜分离耦合，特别适用于深度氧化处理难降解有机废水。

技术背景

随着工农业生产的迅猛发展，污水和废水排放量急剧增加。尤其是化工、农药、染料、医学食品等行业排放的废水带来了严重的水体污染，并且排放的废水中大多含有难生化降解的有机物。对于这些有机废水，现在主要是采用物化法和化学法处理。

物化法包括膜分离、吸附、气浮等单元操作。主要是依靠机械、密度、吸附性等物化性质对废水处理，一般是作为废水的初级处理程序使用。物化法中的膜分离，在使用过程中膜容易污染，通量下降，膜的清洗较为困难。为了解决存在的这些问题，开发出了气升式膜反应器。气升式膜反应器是将气升式反应器与膜分离集成于一体的一种新型反应器，依靠压缩气体的扰动使气升管与反应器釜体产生流体密度差来推动反应器内流体循环流动。ZL200510094204.7首次提出了具有一体化结构的外环流气升式膜反应器，该反应器可实现涉及气液固三相反应的连续曝气和连续分离，具有较高的混合效率和传质效率。ZL200910026442.2在上述外环流气升式膜反应器的基础上，加入气体分布器取代气升回流管用于分布回流气体，经循环结束后的压缩气体又起到了气提的作用，使得易挥发产物的去除由膜分离与气提共同控制，增强了反应器的传质效果。但是这些反应器在设计时优先考虑的是流体在反应器内的流动和多相流对膜过滤过程的强化，因此循环管被作为升液区，膜组件被封装在循环管内，而反应釜被作为降液区，这就使得未溶解的反应气体大部分在反应釜的气液分离区被分离出来，造成气体利用率较低。同时分离浓缩产生的浓水如何处理也是制约膜分离过程的重要问题。

由于膜分离产生浓水的问题，因此很多废水处理过程采用化学法处理。化学法中应用较为广泛的是臭氧氧化法。臭氧氧化法不产生污泥和二次污染，产生臭氧的臭氧发生器简单紧凑，占地少，容易实现自动化控制。但是臭氧氧化时臭氧消耗量大，而且只能使部分有机物彻底氧化为水和二氧化碳，其余部分转化为臭氧化中间产物，从而提高有机物的生化降解性；在实际操作过程中主要采用臭氧氧化与其他过程耦合的技术，如采用臭氧氧化-生物活性炭工艺深度处理苯酚废水，COD和TOC去除率分别为84.6％和87.3％。

由上可知，膜分离和臭氧化在废水处理过程中都有着独特的优势，因此开发出一种将膜分离与臭氧化有机结合起来的新型反应器具有十分重要的现实意义。本发明的设计思路是：通过对反应器设计，将膜置于反应釜中，釜体为升液区，循环管为降液区，使气液两相在膜通道内形成弹状流增强气液传质，强化反应过程，提高气体利用率。通过陶瓷纳滤膜将有机物有效的截留在反应器内，采用增压系统对臭氧化的空气进行增压，使高压臭氧作为反应器的反应源和循环动力源，加快反应器内有机物降解速率的同时，推动反应器内的液体流动，为纳滤膜分离过程提供必要的推动力。

发明内容

本发明的目的是为了解决单一臭氧化与膜分离去除难降解有机废水所存在上述问题，根据臭氧氧化与膜分离各自的优势以及互相弥补缺点的特征，提供一种将臭氧化与膜分离耦合的深度氧化纳滤膜反应器；本发明的另一目的是提供利用该反应器的氧化方法。

本发明的技术方案为：一种氧化纳滤膜反应器，其设计思路是：通过陶瓷纳滤膜将有机物有效的截留在反应器内，采用增压系统对臭氧化的空气进行增压，使其作为反应器的反应源和循环动力源，加快反应器内有机物降解速率的同时，推动反应器内的液体流动，为纳滤膜分离过程提供必要的推动力；同时将膜设计于反应釜中，釜体为升液区，循环管为降液区，从而使气液两相在膜通道内形成弹状流增强气液传质，强化反应过程，提高气体利用率。

本发明的具体技术方案为：一种氧化纳滤膜反应器，由反应-分离系统，增压系统和尾气处理系统组成；其中反应-分离系统由原料泵、氧化反应釜、循环管、气体分布板和膜组件组成；增压系统由臭氧发生器、缓冲罐、气动增压泵、空气压缩机和稳压罐组成；尾气处理系统由臭氧吸收装置组成；其中氧化反应釜从上至下为气液分离区、反应-分离区和沉降区；气液分离区顶部开有料液进口与尾气出口，料液进口通过阀门与原料泵相连，尾气出口通过阀门与臭氧吸收装置相连；反应-分离区由封装了膜元件的膜组件组成，膜元件封装在膜组件中并且在膜组件外部下侧设有渗透液出口；沉降区下部开有卸料口；循环管为对称循环管装在氧化反应釜侧臂，同氧化反应釜相接；布满曝气孔的气体分布板位于沉降区顶部，并通过止回阀和阀门依次与气体流量计、稳压罐、气动增压泵、缓冲罐、臭氧发生器相连，空气压缩机与气动增压泵相连；增压系统产生高压臭氧气源。