[发明专利]一种强化臭氧传质和氧化过程的水处理装置和方法

说明书

本发明公开了一种强化臭氧传质和氧化过程的水处理装置和方法，该装置包括臭氧发生器、进液储罐、反应器和废液储罐，利用该装置可极大强化臭氧气液传质效率，并实现氧化过程中固体催化剂的高效利用。故该装置能有效强化臭氧传质及非均相臭氧氧化过程，在多领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于臭氧体系的化工及环境领域，具体涉及一种强化臭氧传质和氧化过程的水处理装置和方法。

背景技术

臭氧(O₃)是氧气(O₂)的同素异形体，在常温常压下是一种具有特殊气味的淡蓝色气体，它于1840年在德国科学家Schonbein的硫酸电解实验中被发现并命名。臭氧具有很强的氧化性，其在水中的氧化还原电位为2.07eV，单质中仅次于氟(2.50eV)，高于氯气(1.36eV)。臭氧氧化过程有两种方式，一是臭氧直接氧化方式，另一种是臭氧在水中分解生产氧化性更强的羟基自由基(·OH)，进行间接氧化。

臭氧的氧化可导致不饱和的有机分子的破裂，故其常用于处理难降解有机废水，如焦化废水、印染废水、造纸废水、炼油废水等，使其降解为无毒的水和二氧化碳或氧化成可降解的小分子有机物。虽然臭氧氧化技术具有氧化能力强、氧化速率快、一般不产生二次污染等优势，但臭氧生产成本高(耗能约10kW/kg O₃)，水中的溶解度低。

根据化工多相传质理论，要强化臭氧传质过程可通过两种方式：一是提高臭氧体积传质系数，这需要通过改进或设计新型臭氧接触设备，以达到增加气液传质面积如减小臭氧气泡尺寸，或加快气液界面更新速率即增强气液相间湍流程度等方式进行实现；另一种是提高两相间的臭氧浓度梯度。针对第一种方式，现有的臭氧接触设备，如鼓泡塔产生的气泡尺寸大且难以控制，湍动程度低，表面更新慢，故传质效率低下，实际操作只能通过增加设备体积，来达到需求，极大增加工业成本；釜式反应器内设搅拌桨，即使改善传统搅拌桨叶强度或材质，由于搅拌桨的设备或功率限制，流体单纯通过搅拌的湍动程度较低，无法实现高效的气液传质和混合。并且由于目前臭氧发生设备技术有限，针对第二种方式若通过增加气相中臭氧浓度，则成本很高、危险性大，较难实现。

此外，臭氧直接氧化方式存在选择性氧化问题，对氧化环境要求较高，故这些不足严重限制了臭氧氧化技术在工业应用中的推广。故为解决当前臭氧技术的发展瓶颈，一种基于以上两种思路强化臭氧传质效率，同时又能解决臭氧氧化问题的技术有待开发。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种强化臭氧传质和氧化过程的水处理装置和方法，解决了上述背景技术中臭氧传质和氧化过程效率低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种强化臭氧传质和氧化过程的水处理装置，包括臭氧发生器、进液储罐、反应器和废液储罐；

所述反应器包括底座、壳体、转动装置、传动装置、电机组件；所述壳体设置于底座上，壳体开设若干气液进出口；壳体内壁间隔纵向设置有若干挡板且壳体顶部设有顶盖，所述顶盖与壳体、底座包围形成一密封的中空腔体，所述顶盖的下表面等角度设有若干挡条，所述挡条由顶盖中心向四周轴向延伸；所述转动装置设置于壳体内，包括转动轴和转子，所述转动轴竖立与壳体中心且穿透顶盖，所述转子套设于转动轴的下部，所述转子外周包围设置有多孔泡沫填料，所述多孔泡沫填料的上下面分别装设压盖和固定底板，所述多孔泡沫填料上负载有臭氧氧化用催化剂；所述电机组件设置于底座上，与壳体并列，通过传动装置与转动装置连接，用于控制转动装置旋转；

所述臭氧发生器与反应器的气液进出口相连，用于向反应器提供臭氧；

所述进液储罐与反应器的气液进出口相连，用于存储待处理水体；

所述废液储罐与反应器的气液进出口相连，用于接收经反应器反应后排出的废液。