一种废水湿式氧化反应系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种废水湿式氧化反应系统，包括反应腔和其内部下方的超细气泡分布器，超细气泡分布器包括气体腔、气液通道和气液混合帽，气体进口连通气体腔，气液通道竖直设置于气体腔内，为贯通气体腔的管道，其侧壁设置有若干连通气体腔的微气孔，气液通道连通反应腔的底部和上方空间，气液混合帽设置于气液通道的上端口，向上依次为混合池和水平挡板，混合池为竖直设置的管道，上端口的直径与水平挡板的宽度相同，混合池的上端口与水平挡板之间以及混合池与气液通道之间均留有空隙。本发明专利技术所述的反应系统，具有催化剂流化性能好、气体压降小、气液传质反应面积大、氧气利用率高、反应速度快等优点，节能高效，可有效用于高浓度废水的处理。

A wet air oxidation reaction system for wastewater and its application

【技术实现步骤摘要】
一种废水湿式氧化反应系统及其使用方法
本专利技术属于化学工程领域，具体涉及一种废水湿式氧化反应系统及其使用方法，可用于工业废水处理。
技术介绍
近些年来，随着工业化的发展，人类赖以生存的水资源受污染程度日益加重。水质恶化一大源头为有机废水的排放，特别是石油、农药、化工等行业的废水，这些废水具有化学成分复杂、难降解、毒性高、COD含量高等特点而不易被除去，因此，对这类废水的净化处理技术使得传统的污水处理工艺受到挑战，该项技术的研究已成为国际上水处理技术的热点话题之一。目前，对有机废水通常采用生物膜法、好养活性污泥法、臭氧氧化技术等，其中湿式氧化工艺（WAO）发展最为迅速。1944年Zimmermann提出湿式氧化工艺，该工艺在高温、高压的条件下可将废水中的有机物氧化为小分子无机物，具备应用范围广、氧化速率快、二次污染轻微等优点，一跃成为各国科学家关注的热点。但湿式氧化工艺在工业运用上也存在一些问题，主要有以下几点：1.湿式氧化设备的投资资本巨大是制约其发展的最大阻碍，主要是因为废水湿式氧化反应器要抗腐蚀、抗压；另外氧气利用率低，氧化效果不佳，需要输送大量的空气至反应器中，反应器中压力升高，同时耗能过高。考虑到以上的因素，湿式氧化工艺中提高氧气利用率迫在眉睫。2.湿式氧化工艺中研制适应于实际废水湿式氧化处理的高效稳定的催化剂和非均相催化废水湿式氧化反应器十分重要。随着环保要求的不断提高，湿式氧化工艺中某些小分子有机物的降解处理效果差，已不能达到处理标准的要求，提升反应器的性能，研制高活性、高稳定性的催化剂，可有效提高转化效率。3.能量回收。当湿式氧化工艺中反应热值较大时，直接将处理好的气液相进行冷却，会损耗大部分能量，不符合节能环保的时代主题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种能够有效地提高湿式氧化效率的反应系统及其使用方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种废水湿式氧化反应系统，包括氧化反应器，所述氧化反应器包括反应腔、液体进口、气体进口、残渣出口、液体出口、气体出口和超细气泡分布器，所述超细气泡分布器设置于所述反应腔内下部，所述超细气泡分布器包括气体腔、气液通道和气液混合帽，所述气体进口通过管路穿过所述反应腔的壁连通所述气体腔，所述气液通道竖直设置于所述气体腔内，所述气液通道为贯通所述气体腔的管道，所述管道侧壁设置有若干连通所述气体腔的微气孔，所述气液通道连通所述反应腔的底部和所述超细气泡分布器的上方空间，所述气液混合帽设置于所述气液通道的上端口，所述气液混合帽包括水平挡板和混合池，所述气液通道的上端口向上依次为所述混合池和所述水平挡板，所述混合池为竖直设置的管道，所述混合池的上端口的直径与所述水平挡板的宽度相同，所述混合池的上端口与所述水平挡板之间以及所述混合池与所述气液通道之间均留有空隙，所述混合池的下端口的直径大于等于所述气液通道的宽度，所述液体进口设置于所述超细气泡分布器的下方，所述残渣出口设置于所述反应腔的底部，所述液体出口和所述气体出口设置于所述反应腔的上部。水平挡板和混合池之间可由不影响流体的支架根据本领域公知的技术连接，其他的类似的空隙结构直接均可通过本领域公知的技术连接，本专利技术对此不做限制。进一步的，所述混合池包括呈锥台状的第一混合池，以及连接于所述第一混合池上方的直筒状第二混合池，所述第一混合池与第二混合池的外壁一体成型。第一混合池的上端小于下端，呈正置的锥台状。进一步的，所述第一混合池的壁与所述第二混合池的壁之间的夹角为100~150°。进一步的，所述水平挡板的宽度为10~100mm。进一步的，所述水平挡板与所述混合池之间的距离为5~50mm。进一步的，所述第二混合池的高度为20~100mm。进一步的，所述超细气泡分布器的高度为100~600mm。进一步的，所述气液通道的横截面为方形，所述方形的宽度为5～100mm。进一步的，所述气液通道的长度为90mm~12000mm。进一步的，所述微气孔的直径为1~12mm。进一步的，所述微气孔之间的距离为5~20mm。进一步的，所述气体腔的总宽度为10~20mm。进一步的，所述反应腔分为上部、中部和下部，所述上部的直径大于所述中部的直径，所述中部的直径大于所述下部的直径。进一步的，所述上部内还设置有遮流板。进一步的，所述遮流板为向上拱起的圆弧板。进一步的，所述中部内设置有环流导筒，所述环流导筒为竖直的圆筒。进一步的，所述环流导筒的高度与所述中部的高度之比为5:5~6。进一步的，所述遮流板的面积与所述环流导筒横截面积的之比为5:6~8。进一步的，所述环流导筒的直径为90mm~16000mm。进一步的，所述环流导筒的横截面积是所述超细气泡分布器的横截面积的1.2~3倍。进一步的，所述环流导筒的体积与所述超细气泡分布器的下方空腔的体积之比为10:2~5。进一步的，所述下部的顶端设置有向上向内的循环导板。所述循环导板为向上向内的环状板。循环导板配合遮流板，可使得流体形成良好的腔内回流，有助于充分反应。进一步的，所述循环导板的宽度为90~200mm。进一步的，所述环流导筒的体积与所述上部的体积之比为1:1~1.5。进一步的，所述废水湿式氧化反应系统还包括：通过管路依次连接的高压空气储罐、换热器、所述氧化反应器、预处理装置、冷却装置、气液分离装置及尾气处理装置，所述预处理装置包括废水调节罐，所述废水调节罐入口通过管道分别连接废水储罐、pH调节罐、催化剂储罐；所述废水调节罐出口通过管道依次连接加热装置，和所述氧化反应器。本专利技术还提供一种上述废水湿式氧化反应系统的使用方法，包括：气体经所述气体进口进入所述超细气泡分布器的气体腔，在通过微气孔进入所述气液通道，被高速液流切割分散为超细气泡，从而形成超细气泡流，所述超细气泡流沿所述气液通道向下进入所述反应腔的底部，流速大于等于2m/s，与经由所述液体进口输送的液体和设置于所述反应腔底部的催化剂一同向上流动，反应过程中的液体和催化剂在反应腔内充分接触，反应彻底后液体由液体出口排出进行后续处理，残渣经残渣出口排出。本专利技术所提供的废水湿式氧化反应器及处理系统的有益效果在于：1.对于湿式氧化反应，本专利技术所述的超细气泡分布器，可以液体在气液通道内的快速运动，使气体腔进入的气体形成微米级的超细气泡，从而能够大幅度地提高气液相界面积，提高气液传质速度，加快反应进程，提高氧气利用率，进而可相对降低氧气耗量和电费。2.具有压降低、反应速率快等优点。首先，氧气利用率高，一方面可降低压缩机的功率，缩减设备成本，节约经济能源；另一方面废水湿式氧化反应器内空气压力降低，对于反应器材料的要求也随之降低，可解决反应器成本昂贵、材料局限性等问题，对推动湿式氧化工艺发展具有重大意义。其次，废水湿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废水湿式氧化反应系统，其特征在于，包括氧化反应器，所述氧化反应器包括反应腔、液体进口、气体进口、残渣出口、液体出口、气体出口和超细气泡分布器，/n所述超细气泡分布器设置于所述反应腔内下部，/n所述超细气泡分布器包括气体腔、气液通道和气液混合帽，所述气体进口通过管路穿过所述反应腔的壁连通所述气体腔，所述气液通道竖直设置于所述气体腔内，所述气液通道为贯通所述气体腔的管道，所述管道侧壁设置有若干连通所述气体腔的微气孔，所述气液通道连通所述反应腔的底部和所述超细气泡分布器的上方空间，所述气液混合帽设置于所述气液通道的上端口，所述气液混合帽包括水平挡板和混合池，所述气液通道的上端口向上依次为所述混合池和所述水平挡板，所述混合池为竖直设置的管道，所述混合池的上端口的直径与所述水平挡板的宽度相同，所述混合池的上端口与所述水平挡板之间以及所述混合池与所述气液通道之间均留有空隙，所述混合池的下端口的直径大于等于所述气液通道的宽度，/n所述液体进口设置于所述超细气泡分布器的下方，所述残渣出口设置于所述反应腔的底部，所述液体出口和所述气体出口设置于所述反应腔的上部。/n

【技术特征摘要】
1.一种废水湿式氧化反应系统，其特征在于，包括氧化反应器，所述氧化反应器包括反应腔、液体进口、气体进口、残渣出口、液体出口、气体出口和超细气泡分布器，
所述超细气泡分布器设置于所述反应腔内下部，
所述超细气泡分布器包括气体腔、气液通道和气液混合帽，所述气体进口通过管路穿过所述反应腔的壁连通所述气体腔，所述气液通道竖直设置于所述气体腔内，所述气液通道为贯通所述气体腔的管道，所述管道侧壁设置有若干连通所述气体腔的微气孔，所述气液通道连通所述反应腔的底部和所述超细气泡分布器的上方空间，所述气液混合帽设置于所述气液通道的上端口，所述气液混合帽包括水平挡板和混合池，所述气液通道的上端口向上依次为所述混合池和所述水平挡板，所述混合池为竖直设置的管道，所述混合池的上端口的直径与所述水平挡板的宽度相同，所述混合池的上端口与所述水平挡板之间以及所述混合池与所述气液通道之间均留有空隙，所述混合池的下端口的直径大于等于所述气液通道的宽度，
所述液体进口设置于所述超细气泡分布器的下方，所述残渣出口设置于所述反应腔的底部，所述液体出口和所述气体出口设置于所述反应腔的上部。


2.根据权利要求1所述的废水湿式氧化反应系统，其特征在于，所述混合池包括呈锥台状的第一混合池，以及连接于所述第一混合池上方的直筒状第二混合池。


3.根据权利要求1所述的废水湿式氧化反应系统，其特征在于，所述气液通道的横截面为方形，所述方形的宽度为5～100mm。


4.根据权利要求1所述的废水湿式氧化反应系统，其特征在于，所述微气孔的直径为1~12mm。
<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锋，张志炳，李爱民，陈美思，公彦猛，罗华勋，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32