專利名稱：一種氧化納濾膜反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化納濾膜反應(yīng)器以及利用反應(yīng)器氧化的方法，該反應(yīng)器將高壓臭氧氧化與納濾膜分離耦合，特別適用于深度氧化處理難降解有機(jī)廢水。
背景技術(shù)：
隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，污水和廢水排放量急劇增加。尤其是化工、農(nóng)藥、染料、醫(yī)學(xué)食品等行業(yè)排放的廢水帶來(lái)了嚴(yán)重的水體污染，并且排放的廢水中大多含有難生化降解的有機(jī)物。對(duì)于這些有機(jī)廢水，現(xiàn)在主要是采用物化法和化學(xué)法處理。物化法包括膜分離、吸附、氣浮等單元操作。主要是依靠機(jī)械、密度、吸附性等物化性質(zhì)對(duì)廢水處理，一般是作為廢水的初級(jí)處理程序使用。物化法中的膜分離，在使用過(guò)程中膜容易污染，通量下降，膜的清洗較為困難。為了解決存在的這些問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出了氣升式膜反應(yīng)器。氣升式膜反應(yīng)器是將氣升式反應(yīng)器與膜分離集成于一體的一種新型反應(yīng)器，依靠壓縮氣體的擾動(dòng)使氣升管與反應(yīng)器釜體產(chǎn)生流體密度差來(lái)推動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)流體循環(huán)流動(dòng)。ZL200510094204.7首次提出了具有一體化結(jié)構(gòu)的外環(huán)流氣升式膜反應(yīng)器，該反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)涉及氣液固三相反應(yīng)的連續(xù)曝氣和連續(xù)分離，具有較高的混合效率和傳質(zhì)效率。 ZL200910026442.2在上述外環(huán)流氣升式膜反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，加入氣體分布器取代氣升回流管用于分布回流氣體，經(jīng)循環(huán)結(jié)束后的壓縮氣體又起到了氣提的作用，使得易揮發(fā)產(chǎn)物的去除由膜分離與氣提共同控制，增強(qiáng)了反應(yīng)器的傳質(zhì)效果。但是這些反應(yīng)器在設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先考慮的是流體在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)和多相流對(duì)膜過(guò)濾過(guò)程的強(qiáng)化，因此循環(huán)管被作為升液區(qū)，膜組件被封裝在循環(huán)管內(nèi)，而反應(yīng)釜被作為降液區(qū)，這就使得未溶解的反應(yīng)氣體大部分在反應(yīng)釜的氣液分離區(qū)被分離出來(lái)，造成氣體利用率較低。同時(shí)分離濃縮產(chǎn)生的濃水如何處理也是制約膜分離過(guò)程的重要問(wèn)題。由于膜分離產(chǎn)生濃水的問(wèn)題，因此很多廢水處理過(guò)程采用化學(xué)法處理。化學(xué)法中應(yīng)用較為廣泛的是臭氧氧化法。臭氧氧化法不產(chǎn)生污泥和二次污染，產(chǎn)生臭氧的臭氧發(fā)生器簡(jiǎn)單緊湊，占地少，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。但是臭氧氧化時(shí)臭氧消耗量大，而且只能使部分有機(jī)物徹底氧化為水和二氧化碳，其余部分轉(zhuǎn)化為臭氧化中間產(chǎn)物，從而提高有機(jī)物的生化降解性；在實(shí)際操作過(guò)程中主要采用臭氧氧化與其他過(guò)程耦合的技術(shù)，如采用臭氧氧化_生物活性炭工藝深度處理苯酚廢水，COD和TOC去除率分別為84. 6%和87. 3%。由上可知，膜分離和臭氧化在廢水處理過(guò)程中都有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此開(kāi)發(fā)出一種將膜分離與臭氧化有機(jī)結(jié)合起來(lái)的新型反應(yīng)器具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)對(duì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)，將膜置于反應(yīng)釜中，釜體為升液區(qū)，循環(huán)管為降液區(qū)，使氣液兩相在膜通道內(nèi)形成彈狀流增強(qiáng)氣液傳質(zhì)，強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程，提高氣體利用率。通過(guò)陶瓷納濾膜將有機(jī)物有效的截留在反應(yīng)器內(nèi)，采用增壓系統(tǒng)對(duì)臭氧化的空氣進(jìn)行增壓，使高壓臭氧作為反應(yīng)器的反應(yīng)源和循環(huán)動(dòng)力源，加快反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物降解速率的同時(shí)，推動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)的液體流動(dòng)，為納濾膜分離過(guò)程提供必要的推動(dòng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決單一臭氧化與膜分離去除難降解有機(jī)廢水所存在上述問(wèn)題，根據(jù)臭氧氧化與膜分離各自的優(yōu)勢(shì)以及互相彌補(bǔ)缺點(diǎn)的特征，提供一種將臭氧化與膜分離耦合的深度氧化納濾膜反應(yīng)器；本發(fā)明的另一目的是提供利用該反應(yīng)器的氧化方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種氧化納濾膜反應(yīng)器，其設(shè)計(jì)思路是通過(guò)陶瓷納濾膜將有機(jī)物有效的截留在反應(yīng)器內(nèi)，采用增壓系統(tǒng)對(duì)臭氧化的空氣進(jìn)行增壓，使其作為反應(yīng)器的反應(yīng)源和循環(huán)動(dòng)力源，加快反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物降解速率的同時(shí)，推動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)的液體流動(dòng)，為納濾膜分離過(guò)程提供必要的推動(dòng)力；同時(shí)將膜設(shè)計(jì)于反應(yīng)釜中，釜體為升液區(qū)，循環(huán)管為降液區(qū)，從而使氣液兩相在膜通道內(nèi)形成彈狀流增強(qiáng)氣液傳質(zhì)，強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程，提高氣體利用率。本發(fā)明的具體技術(shù)方案為一種氧化納濾膜反應(yīng)器，由反應(yīng)_分離系統(tǒng)，增壓系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)組成；其中反應(yīng)_分離系統(tǒng)由原料泵、氧化反應(yīng)釜、循環(huán)管、氣體分布板和膜組件組成；增壓系統(tǒng)由臭氧發(fā)生器、緩沖罐、氣動(dòng)增壓泵、空氣壓縮機(jī)和穩(wěn)壓罐組成；尾氣處理系統(tǒng)由臭氧吸收裝置組成；其中氧化反應(yīng)釜從上至下為氣液分離區(qū)、反應(yīng)_分離區(qū)和沉降區(qū)；氣液分離區(qū)頂部開(kāi)有料液進(jìn)口與尾氣出口，料液進(jìn)口通過(guò)閥門(mén)與原料泵相連，尾氣出口通過(guò)閥門(mén)與臭氧吸收裝置相連；反應(yīng)-分離區(qū)由封裝了膜元件的膜組件組成，膜元件封裝在膜組件中并且在膜組件外部下側(cè)設(shè)有滲透液出口 ；沉降區(qū)下部開(kāi)有卸料口 ；循環(huán)管為對(duì)稱循環(huán)管裝在氧化反應(yīng)釜側(cè)臂，同氧化反應(yīng)釜相接；布滿曝氣孔的氣體分布板位于沉降區(qū)頂部，并通過(guò)止回閥和閥門(mén)依次與氣體流量計(jì)、穩(wěn)壓罐、氣動(dòng)增壓泵、緩沖罐、臭氧發(fā)生器相連，空氣壓縮機(jī)與氣動(dòng)增壓泵相連；增壓系統(tǒng)產(chǎn)生高壓臭氧氣源。反應(yīng)器的氣液分離區(qū)開(kāi)設(shè)有料液視窗來(lái)控制加入量。優(yōu)選所述的氧化反應(yīng)釜的反應(yīng)-分離區(qū)與氣液分離區(qū)的高度比為2 8 1。優(yōu)選所述氧化反應(yīng)釜與循環(huán)管截面為圓形，氧化反應(yīng)釜與循環(huán)管兩部分內(nèi)徑比為 2 12 1。優(yōu)選所述的對(duì)稱循環(huán)管為1 5組，循環(huán)管回流口開(kāi)在沉降區(qū)頂部與氣體分布板相接，入流口開(kāi)在氣液分離區(qū)高度的1/4 2/3處。優(yōu)選所述的氣體分布板為圓形，曝氣孔為圓孔，曝氣孔徑為0. 5 4mm，氣孔間的中心間距為1 8匪。優(yōu)選上述的膜元件是孔徑為0. 9 Snm的單管或多通道陶瓷納濾膜；其材質(zhì)至少是八1203、3102、&02或1102 中的一種。本發(fā)明還提供了利用上述的反應(yīng)器深度氧化處理的方法，其具體步驟為首先將料液通過(guò)原料泵從料液進(jìn)口加入氧化反應(yīng)釜中，同時(shí)通過(guò)泵來(lái)進(jìn)行補(bǔ)料，通過(guò)料液視窗來(lái)控制加入量，關(guān)閉閥門(mén)；然后開(kāi)啟臭氧發(fā)生器，產(chǎn)生的臭氧氣體經(jīng)過(guò)緩沖罐、氣動(dòng)增壓泵和空氣壓縮機(jī)，在穩(wěn)壓罐中形成穩(wěn)定高壓臭氧氣源；高壓臭氧氣源經(jīng)過(guò)氣體流量計(jì)，通過(guò)氣體分布板進(jìn)入氧化反應(yīng)釜，依靠氣體的擾動(dòng)產(chǎn)生流體密度差使料液在膜通道內(nèi)與循環(huán)管中循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)與料液反應(yīng)；通過(guò)閥門(mén)和控制膜面氣速與跨膜壓差進(jìn)行膜過(guò)濾，滲透液從滲透液出口流出，從而達(dá)到去除水體中的有機(jī)物，控制出水水質(zhì)，反應(yīng)尾氣含有殘留的臭氧，通過(guò)臭氧吸收裝置處理。
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本發(fā)明所述的方法其特征在于采用所述的高壓臭氧氣源作為反應(yīng)器的反應(yīng)源、循環(huán)和混合動(dòng)力以及膜分離過(guò)程的推動(dòng)力。本發(fā)明所述的方法其特征在于控制穩(wěn)壓罐的壓力為0. 5 2. 5MPa，控制跨膜壓差為 0. 2 1. OMPa0本發(fā)明所述的方法其特征在于控制膜面氣速為0. 03 0. 5m/s。有益效果1、臭氧氧化法不產(chǎn)生污泥和二次污染，臭氧發(fā)生器簡(jiǎn)單緊湊，占地少，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；利用空氣作為臭氧發(fā)生器的氣源，減少了氧氣做氣源的費(fèi)用，對(duì)臭氧化空氣進(jìn)行加壓，提高了臭氧的濃度，加速了反應(yīng)器中有機(jī)物的降解速率。2、利用氣體分布板可以對(duì)氣體進(jìn)行有效分布，提高氣體的曝氣效率和混合效率； 將膜管設(shè)計(jì)于釜中作為反應(yīng)-分離區(qū)，可以通過(guò)膜管對(duì)氣體進(jìn)一步的分布，有效地減小氣泡的聚并效應(yīng)，增大氣液接觸面積，提高氣體與料液的混合，強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程，同時(shí)氣泡在膜通道內(nèi)形成彈狀流，增加膜面剪切力，有效地降低了膜污染和濃差極化；采用對(duì)稱循環(huán)管， 減小了流體流動(dòng)的阻力，消除了循環(huán)混合過(guò)程中存在的死角，提高了反應(yīng)速率，同時(shí)減小了能量的損失。通過(guò)模擬計(jì)算，對(duì)氣體分布板孔徑、管徑比值、膜面氣速進(jìn)行優(yōu)化，提高氣液傳質(zhì)效率，使過(guò)濾和反應(yīng)性能進(jìn)一步提高。3、臭氧氧化與膜分離耦合，首先陶瓷納濾膜對(duì)臭氧化氛圍有很好的耐受性，對(duì)有機(jī)物有很高的截留；其次臭氧氧化降解有機(jī)物的同時(shí)也去除膜分離時(shí)在膜表面形成的膜垢層，減輕膜污染，提高膜通量；由于臭氧氧化并不能把有機(jī)物徹底的降解為二氧化碳和水， 因此結(jié)合陶瓷納濾膜可以有效的對(duì)小分子有機(jī)物進(jìn)行截留，使出水水質(zhì)得到提高并且穩(wěn)定連續(xù)，降低了出水的TOC和COD的含量。4、該反應(yīng)器在具備了氣升式反應(yīng)器、膜分離優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又具有了臭氧化功能，將反應(yīng)和分離過(guò)程耦合，使整個(gè)過(guò)程一體化，提高了有機(jī)物的去除效率，減少了多個(gè)單一工藝過(guò)程組合的費(fèi)用以及能量的消耗，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)與分離的同時(shí)進(jìn)行以及連續(xù)化操作。


圖1是一種氧化納濾膜反應(yīng)器的裝置示意圖；圖2是多根膜元件封裝在膜組件中的截面圖；圖3是氣體分布板平面示意圖；其中A為料液進(jìn)口，B為反應(yīng)尾氣出口，C為卸料口，D為滲透液出口，E為臭氧發(fā)生器氣源進(jìn)口，F(xiàn)為高壓臭氧氣源，a為氣液分離區(qū)，b為反應(yīng)_分離區(qū)，d為沉降區(qū)，1為臭氧吸收裝置，2為氧化反應(yīng)釜，3為料液視窗，4為循環(huán)管，5 為氣體分布板，5-1為曝氣孔，6為膜組件，7為膜元件，8為止回閥，9為氣體流量計(jì)，A-I為原料泵，F(xiàn)-I為臭氧發(fā)生器，F(xiàn)-2為緩沖罐，F(xiàn)-3為氣動(dòng)增壓泵，F(xiàn)-4為空氣壓縮機(jī)，F(xiàn)-5為穩(wěn)壓罐，V-l、V-2、V-3、V-4、V-5為球型閥門(mén)
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明所提供的一種氧化納濾膜反應(yīng)器，由反應(yīng)_分離系統(tǒng)(原料泵A-1、氧化反應(yīng)釜2、循環(huán)管4、氣體分布板5)、增壓系統(tǒng)(臭氧發(fā)生器F-1、緩沖罐F-2、氣動(dòng)增壓泵F-3、 空氣壓縮機(jī)F-4，穩(wěn)壓罐F-5)、尾氣處理系統(tǒng)(臭氧吸收裝置1)組成，各個(gè)部件的材質(zhì)均為常規(guī)材料，如圖1所示。其中氧化反應(yīng)釜2分為氣液分離區(qū)a、反應(yīng)-分離區(qū)b和沉降區(qū)d， 氣液分離區(qū)a頂部開(kāi)有料液進(jìn)口 A與尾氣出口 B，料液進(jìn)口 A通過(guò)閥門(mén)V-I與原料泵A-I相連，尾氣出口 B通過(guò)閥門(mén)V-2與臭氧吸收裝置1相連；反應(yīng)-分離區(qū)b由膜組件6、膜元件7 組成，膜元件7封裝在膜組件6中如圖2所示，在膜組件6外部設(shè)有滲透液出口 D ；沉降區(qū)d 下部開(kāi)有卸料口 C ；循環(huán)管4為對(duì)稱循環(huán)管裝在氧化反應(yīng)釜2側(cè)臂，同釜體連通；布滿曝氣孔的氣體分布板5如圖3所示，位于沉降區(qū)d頂部，并通過(guò)止回閥8、閥門(mén)V-5依次與氣體流量計(jì)9、穩(wěn)壓罐F-5、氣動(dòng)增壓泵F-3、緩沖罐F-2和臭氧發(fā)生器F-I相連，空氣壓縮機(jī)F-4 與氣動(dòng)增壓泵F-3相連；增壓系統(tǒng)產(chǎn)生高壓臭氧氣源F。本發(fā)明所提供的一種深度氧化納濾膜反應(yīng)器是采用高壓臭氧氣源作為反應(yīng)器的反應(yīng)源、循環(huán)和混合動(dòng)力以及膜分離過(guò)程的推動(dòng)力，納濾膜元件為單管或者多通道的陶瓷膜。本發(fā)明所提供的一種氧化納濾膜反應(yīng)器操作方式為首先將料液通過(guò)原料泵A-I 從料液進(jìn)口 A加入氧化反應(yīng)釜2中，通過(guò)料液視窗3觀察液位，通過(guò)泵A-I來(lái)進(jìn)行補(bǔ)料，通過(guò)料液視窗來(lái)控制加入量，關(guān)閉閥門(mén)V-I ；然后開(kāi)啟臭氧發(fā)生器F-1，空氣經(jīng)E進(jìn)口進(jìn)入臭氧發(fā)生器，產(chǎn)生的臭氧氣體經(jīng)過(guò)緩沖罐F-2、氣動(dòng)增壓泵F-3和空氣壓縮機(jī)F-4，在穩(wěn)壓罐 F-5中形成穩(wěn)定高壓臭氧氣源F ；高壓臭氧氣源經(jīng)過(guò)氣體流量計(jì)9，通過(guò)氣體分布板5進(jìn)入反應(yīng)_分離區(qū)b，依靠氣體的擾動(dòng)產(chǎn)生流體密度差使料液在膜通道內(nèi)與循環(huán)管4中循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)臭氧與料液反應(yīng)。在膜通道內(nèi)氣液兩相混合過(guò)程中，氣彈前端的液彈以液膜的形式向下流動(dòng)，在氣彈尾部與向上的液彈形成尾渦，從而形成彈狀流，使膜面附近區(qū)域存在較大的剪切力，有利于減弱膜污染。通過(guò)閥門(mén)V-2、V-5控制膜面流速與跨膜壓差進(jìn)行膜過(guò)濾，滲透液從滲透液出口 D流出，從而達(dá)到去除水體中的有機(jī)物，控制出水水質(zhì)。在閥門(mén)V-5上端安裝止回閥8防止料液倒流；反應(yīng)尾氣含有殘留的臭氧，通過(guò)臭氧吸收裝置1處理。最后被濃縮的有機(jī)物殘液從卸料口 C放出進(jìn)-步生化降解處理。經(jīng)過(guò)0. 5 2小時(shí)的氧化過(guò)濾處理，達(dá)到良好效果。實(shí)施例2利用本發(fā)明所提供的氧化納濾膜反應(yīng)器對(duì)難降解的腐殖酸溶液進(jìn)行深度降解去除。反應(yīng)器的氧化反應(yīng)釜高為0. 6m，其內(nèi)徑為0. 6m，反應(yīng)-分離區(qū)與氣液分離區(qū)高度比為2， 氧化反應(yīng)釜與循環(huán)管內(nèi)徑比為12，對(duì)稱循環(huán)管為5組，氣體分布板的曝氣孔徑為4mm，氣孔中心間距8mm。配置腐殖酸溶液為50mg/l并且調(diào)節(jié)溶液的pH為10，其TOC值為18. 95mg/ 1，COD為62mg/l，濁度值為20. 4NTU ；通過(guò)泵從料液進(jìn)口將料液加入氧化反應(yīng)釜中，臭氧氣體的濃度為100mg/l，調(diào)節(jié)氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，控制曝氣流量使膜面氣速為0. 5m/s，本實(shí)驗(yàn)所用的膜元件是孔徑為8nm的Al2O3陶瓷納濾膜單管，控制穩(wěn)壓罐的壓力在0. 5MPa，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜中的跨膜壓差控制在0. 2MPa，經(jīng)過(guò)裝置2小時(shí)反應(yīng)過(guò)濾處理，膜出水水質(zhì)中腐殖酸的去除率穩(wěn)定在97%，TOC去除率為86%，COD去除率為94%，濁度去除率達(dá)到99. 8%，同時(shí)膜的通量一直穩(wěn)定在140L/(m2 · h)。卸料口放出的濃縮殘液其生化降解能力從原液的0. 09 升至0. 55。實(shí)施例3
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利用本發(fā)明所提供的氧化納濾膜反應(yīng)器對(duì)難降解的苯酚溶液進(jìn)行深度降解去除。 反應(yīng)器的氧化反應(yīng)釜高為0. 8m，其內(nèi)徑為0. 3m,反應(yīng)-分離區(qū)與氣液分離區(qū)高度比為6，氧化反應(yīng)釜與循環(huán)管內(nèi)徑比為6，對(duì)稱循環(huán)管為2組，氣體分布板的曝氣孔徑為2mm，氣孔中心間距4mm。配置苯酚溶液為100mg/l并且調(diào)節(jié)溶液的pH為7，其TOC值為90. llmg/1, COD 為283mg/l，濁度值為9. 6NTU ；通過(guò)泵從料液進(jìn)口將料液加入氧化反應(yīng)釜中。臭氧氣體的濃度為200mg/l，調(diào)節(jié)氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，控制曝氣流量使膜面氣速為0. lm/s，本實(shí)驗(yàn)所用的膜元件是孔徑為0. 9nm的19通道TiO2陶瓷納濾膜，控制穩(wěn)壓罐的壓力為2. 5MPa,調(diào)節(jié)反應(yīng)釜中的跨膜壓差控制在1. OMPa，經(jīng)過(guò)裝置1小時(shí)反應(yīng)過(guò)濾處理，膜出水水質(zhì)苯酚的去除率穩(wěn)定在93%，TOC去除率為84%，COD去除率為92%，濁度去除率達(dá)到99. 9%，同時(shí)膜的通量一直穩(wěn)定在165L/(m2 · h)。卸料口放出的濃縮殘液其生化降解能力從原液的0. 12升至 0. 62。實(shí)施例4利用本發(fā)明所提供的氧化納濾膜反應(yīng)器對(duì)難降解的含農(nóng)藥廢水進(jìn)行深度降解去除。反應(yīng)器的氧化反應(yīng)釜高為lm，其內(nèi)徑為0.2m，反應(yīng)-分離區(qū)與氣液分離區(qū)高度比為8， 氧化反應(yīng)釜與循環(huán)管內(nèi)徑比為2，對(duì)稱循環(huán)管為1組，氣體分布板的曝氣孔徑為0. 5mm，氣孔中心間距1mm。配置含農(nóng)藥的廢水20mg/l并且調(diào)節(jié)溶液的pH為10，其TOC值為15. 87mg/ 1，COD為59mg/l，濁度值為8. 7NTU ；通過(guò)泵從料液進(jìn)口將料液加入氧化反應(yīng)釜中。臭氧氣體的濃度為150mg/l，調(diào)節(jié)氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，控制曝氣流量使膜面氣速為0. 03m/s,本實(shí)驗(yàn)所用的膜元件是孔徑為1. 5nm的&02陶瓷納濾膜單管，控制穩(wěn)壓罐的壓力為1. 5MPa，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜中的跨膜壓差控制在0. 5MPa，經(jīng)過(guò)裝置0. 5小時(shí)反應(yīng)過(guò)濾處理，膜出水水質(zhì)中農(nóng)藥的去除率穩(wěn)定在91 %，TOC去除率為86%，COD去除率為90%，濁度去除率達(dá)到99. 9%，同時(shí)膜的通量一直穩(wěn)定在150L/(m2 · h)。卸料口放出的濃縮殘液其生化降解能力從原液的 0. 10 升至 0. 49。
權(quán)利要求
1.一種氧化納濾膜反應(yīng)器，由反應(yīng)-分離系統(tǒng)，增壓系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)組成；其中反應(yīng)-分離系統(tǒng)由原料泵(A-I)、氧化反應(yīng)釜(2)、循環(huán)管(4)、氣體分布板(5)和膜組件(6) 組成；增壓系統(tǒng)由臭氧發(fā)生器(F-I)、緩沖罐(F-2)、氣動(dòng)增壓泵(F-3)、空氣壓縮機(jī)(F-4) 和穩(wěn)壓罐(F-5)組成；尾氣處理系統(tǒng)由臭氧吸收裝置(1)組成；其中氧化反應(yīng)釜(2)從上至下為氣液分離區(qū)(a)、反應(yīng)-分離區(qū)(b)和沉降區(qū)(d)；氣液分離區(qū)(a)頂部開(kāi)有料液進(jìn)口㈧與尾氣出口(B)，料液進(jìn)口㈧通過(guò)閥門(mén)(V-I)與原料泵(A-I)相連，尾氣出口(B) 通過(guò)閥門(mén)(V-2)與臭氧吸收裝置(1)相連；反應(yīng)_分離區(qū)(b)由封裝了膜元件(7)的膜組件(6)組成，膜元件(7)封裝在膜組件(6)中并且在膜組件(6)外部下側(cè)設(shè)有滲透液出口 (D)；沉降區(qū)(d)下部開(kāi)有卸料口(C)；循環(huán)管(4)為對(duì)稱循環(huán)管裝在氧化反應(yīng)釜(2)側(cè)臂， 同氧化反應(yīng)釜相接；布滿曝氣孔的氣體分布板(5)位于沉降區(qū)(d)頂部，并通過(guò)止回閥(8) 和閥門(mén)(V-5)依次與氣體流量計(jì)(9)、穩(wěn)壓罐(F-5)、氣動(dòng)增壓泵(F-3)、緩沖罐(F-2)和臭氧發(fā)生器(F-I)相連，氣動(dòng)增壓泵(F-3)和空氣壓縮機(jī)(F-4)相連；增壓系統(tǒng)產(chǎn)生高壓臭氧氣源(F)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述的氧化反應(yīng)釜的反應(yīng)_分離區(qū)與氣液分離區(qū)的高度比為2 8 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述氧化反應(yīng)釜與循環(huán)管截面為圓形， 氧化反應(yīng)釜與循環(huán)管的內(nèi)徑比為2 12 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述的對(duì)稱循環(huán)管為1 5組，循環(huán)管回流口開(kāi)在沉降區(qū)頂部與氣體分布板相接；入流口開(kāi)在氣液分離區(qū)高度的1/4 2/3處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述的氣體分布板為圓形，曝氣孔為圓孔；曝氣孔徑為0. 5 4mm ；氣孔間的中心間距為1 8mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述的膜元件為孔徑0.9 Snm的單管或多通道陶瓷納濾膜；其材質(zhì)至少為△1203、&02、5102或1102中的一種。
7.一種利用權(quán)利要求1所述反應(yīng)器氧化的方法，其具體步驟為首先將料液通過(guò)原料泵(A-I)從料液進(jìn)口 A加入氧化反應(yīng)釜(2)中，關(guān)閉閥門(mén)(V-I)；然后開(kāi)啟臭氧發(fā)生器 (F-I)，產(chǎn)生的臭氧氣體經(jīng)過(guò)緩沖罐(F-2)、氣動(dòng)增壓泵(F-3)和空氣壓縮機(jī)(F-4)，在穩(wěn)壓罐(F-5)中形成穩(wěn)定高壓臭氧氣源F;高壓臭氧氣源經(jīng)過(guò)氣體流量計(jì)(9)，通過(guò)氣體分布板 (5)進(jìn)入氧化反應(yīng)釜，依靠氣體的擾動(dòng)產(chǎn)生流體密度差使料液在膜通道內(nèi)與循環(huán)管中循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)與料液反應(yīng)；通過(guò)閥門(mén)(V-2)和(V-5)控制膜面氣速與跨膜壓差進(jìn)行膜過(guò)濾，滲透液從滲透液出口 D流出，從而達(dá)到去除水體中的有機(jī)物，控制出水水質(zhì)，反應(yīng)尾氣含有殘留的臭氧，通過(guò)臭氧吸收裝置(1)處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于控制穩(wěn)壓罐的壓力為0.5 2. 5MPa ；控制跨膜壓差為0. 2 1. OMPa0
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于控制膜面氣速為0.03 0. 5m/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化納濾膜反應(yīng)器，由反應(yīng)-分離系統(tǒng)(原料泵、氧化反應(yīng)釜、循環(huán)管、氣體分布板)，增壓系統(tǒng)(臭氧發(fā)生器、緩沖罐、氣動(dòng)增壓泵、空氣壓縮機(jī)，穩(wěn)壓罐)，尾氣處理系統(tǒng)(臭氧吸收裝置)組成。膜元件封裝在膜組件中并置于反應(yīng)釜中，循環(huán)管裝在釜體側(cè)臂位置，氣體分布板位于沉降區(qū)頂部。本反應(yīng)器將釜體作為升液區(qū)，循環(huán)管作為降液區(qū)，通過(guò)膜通道對(duì)氣體再分布和氣液兩相在膜通道內(nèi)形成彈狀流，增強(qiáng)氣液傳質(zhì)，強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程，提高氣體利用率；將增壓系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓臭氧化空氣作為反應(yīng)器的反應(yīng)源與循環(huán)動(dòng)力源，加快反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物降解的同時(shí)為納濾膜分離提供必要的推動(dòng)力。本反應(yīng)器操作簡(jiǎn)便，傳質(zhì)效率高，能耗低，放大容易等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102219326SQ201110105960
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者徐南平, 徐輝, 景文珩, 石風(fēng)強(qiáng), 邢衛(wèi)紅 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)