[发明专利]一种污水处理催化臭氧氧化反应器

说明书

本发明涉及一种污水处理催化臭氧氧化反应器，所要解决的技术问题是现有催化臭氧氧化反应器结构设计不合理、催化剂填装量多、曝气及反洗系统复杂、反应深度低、反应后气相残留臭氧浓度高等问题。本发明通过催化剂承托格栅设计，将反应器分为下部的臭氧直接氧化区和上部的臭氧催化氧化区，催化氧化区内依次装填催化剂A和催化剂B。本反应器既利用臭氧直接氧化和自由基间接氧化过程，又利用不同催化剂的特性进行有序匹配，提高臭氧利用的效率，减少出水中重金属含量，同时使用气液混合泵实现臭氧与污水的充分混合。该方案较好的解决了现有臭氧反应器的效率问题，尤其适用于污水的深度处理中。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种污水处理催化臭氧氧化反应器。

背景技术

近年来为控制水环境恶化，各地方新排放标准不断出台，如北京市《水污染综合排放标准》（DB11-307-2013）规定COD（化学需氧量）A级和B级排放限值分别为20 mg/L和30mg/L；天津市《城镇污水处理厂污染物排放标准》（DB12/599-2015）规定COD的A级和B级排放限值分别为30 mg/L和40 mg/L。污水排放标准的提高，催生了高级氧化污水深度处理技术的发展。

臭氧催化氧化法是高级氧化技术的一种，它是在臭氧和催化剂的共同作用下，生成强氧化性的羟基自由基氧化有机物，实现污水处理的目的。与芬顿、光催化、电氧化等高级氧化技术相比，臭氧催化氧化法具有适应面广、成本低、二次污染少等优点，是污水深度处理的优选方法。目前，对于臭氧催化氧化催化剂的主要制备方法有两种，一种是将活性金属负载在氧化铝或瓷球上，再经高温焙烧强化金属固载；另一种是以活性炭为载体，利用浸渍的方法使活性金属以物理或化学吸附的方式负载于孔道表面及内部，形成负载型催化剂。前者机械强度高、耐磨性好，但催化活性低、吸附性能差、床层密度大，反洗不彻底；后者催化活性高、吸附性能好，但机械强度低、耐磨性能差、活性金属易流失、床层密度过小，反洗易跑料。

目前，臭氧催化氧化反应器均参照曝气生物滤池设计开发，反应器中催化剂占绝大部分空间，存在着体积大、曝气及反洗系统复杂、检维修难度大、催化反应深度低、反应后气相残留臭氧浓度高、出水存在重金属残留等问题。因此，对反应器如何适应臭氧直接氧化及催化氧化过程，如何与新型高效催化剂匹配的问题需进行深入研究。

专利CN1576244A公开了一种催化臭氧去除水中有机污染物的反应器，其特征在于反应器底部的石英砂多孔布气系统或钛多孔布气板使臭氧曝气更加均匀，但在实际工程中经常出现曝气头堵塞的问题。

专利2014107775121.3公开了一种外循环污水处理臭氧催化氧化反应器及污水处理方法，将出水部分回流并引入臭氧尾气以提高臭氧的利用率，这种方式增加了回流设备，提高了反应器的造价；同时，回流水的引入提高了进水负荷，减少了停留时间，不利于污染物的降解。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有臭氧催化反应器结构设计不合理、催化剂填装量多、曝气及反洗系统复杂、反应深度低、反应后气相残留臭氧浓度高、出水存在重金属残留等问题，提供一种高效的污水处理催化臭氧氧化反应器。

本发明基于原理如下：臭氧对有机物的氧化反应分为直接氧化和羟基自由基引发的间接反应，从氧化能力上看羟基自由基的氧化电位为2.8 V，臭氧的氧化电位为2.07 V，羟基自由基的氧化电位为臭氧的1.35倍，，能够实现有机物的无差别氧化。从自由基生成机理看，3个臭氧分子可生成2个自由基，即生成自由基的过程中氧化剂的总量减少，而污水中一部分有机物的氧化分解电位较低，在臭氧存在条件下即可实现降解。另外，不同类型催化剂所含活性金属组分不同，其对污水中有机物的催化效能也有显著差别，出水中残留金属组分和浓度也不尽相同。因此，如何充分结合并利用臭氧直接氧化和自由基间接氧化过程，利用不同催化剂的特性进行有序匹配，提高臭氧利用的效率，减少出水中重金属含量，并简化反应器结构使之实用化，是设计高效反应器的关键。