一种去除高温高酸体系中有机物和中间价态金属离子的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高溫高酸体系的臭氧氧化技术领域，特别设及一种去除高溫高酸体系 中有机物和中间价态金属离子的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 氧化技术作为一种处理方法被广泛应用于各行各业，如水处理领域的有机物去 除，化工、冶炼领域中需要氧化的生产加工工段，医疗卫生、食品加工行业的杀菌消毒等。目 前国内外常用的氧化技术分为液相氧化技术和气相氧化技术。液相氧化技术包括次氯酸钢 氧化、氯酸钢氧化、高儘酸钟氧化等，反应过程中易产生刺激性气体或废水，污染环境，运些 氧化剂大多属于危险化学品，储存运输条件要求较高，并且价格昂贵，因此液相氧化剂的市 场竞争力逐渐降低。气相氧化剂有臭氧、氧气、氮氧化物等，其中臭氧因其氧化能力强、反应 条件溫和、不产生二次污染等优势被人们所关注。
[0003] 臭氧具有极强的氧化能力，其氧化还原电位仅次于氣，既可W和无机物如Fe、Cl、 Mn、氯化物等反应，也可W和有机物发生反应，具有很强的氧化、杀菌、消毒、除臭等效果。因 此臭氧常作为氧化剂和消毒剂被广泛应用于水处理、医学、食品消毒等领域中。臭氧具有氧 化能力强、不存在二次污染、制备便利等优点，使其应用范围逐渐拓宽。但臭氧水溶液的稳 定性受水中所含杂质的影响较大，特别是有金属离子存在时，臭氧可迅速分解为氧，在纯水 中分解较慢。并且，臭氧分子结构是不稳定的，它在水中比在空气中更容易自行分解。含量 为1% W下的臭氧，在常溫常态常压的空气中分解半衰期为20-30分钟左右。随着溫度的升 高，分解速度加快，溫度超过l〇〇°C时，分解非常剧烈，达到270°C高溫时，可立即转化为氧 气。与此同时对臭氧的氧化能力影响较大。在中性和碱性条件下，臭氧可W较快的速度 分解产生氧化能力更强的径基自由基，提高了臭氧的氧化能力，但是在酸性条件下，臭氧分 解产生径基自由基的能力显著降低，大大减弱了臭氧的氧化能力，降低了臭氧利用效率。此 夕h臭氧的溶解度还受压力影响，臭氧分压越大臭氧在液体中的溶解度随之增大，通常情况 下反应条件为常压状态，很少考虑压力对溶解度的影响。
[0004] 由于W上原因，臭氧几乎不被应用在高溫高酸体系中。因此，在高溫高酸体系中臭 氧氧化剂的应用研究还有待于进一步深入，开发一种高溫高酸体系下的臭氧高效氧化技术 是十分必要的。
【发明内容】
[0005] 本发明针对臭氧氧化剂的应用局限性提供解决办法，拓宽臭氧氧化剂的应用范 围，将臭氧氧化剂有效应用于高溫高酸体系中。
[0006] -种高溫高酸体系下臭氧高效氧化反应装置，该装置为反应罐9,反应罐顶部开设 进料口 1、除泡沫喷淋口 2、废气出口 3，反应罐底部开设出料口 8;反应罐体中水平设置上下 两层网状曝气管道，其上分别连接上层臭氧曝气盘4和下层臭氧曝气盘7;臭氧由开设于反 应罐体侧壁的上层臭氧进口 5和下层臭氧进口 6分别进入上下两层网状曝气管道内。
[0007]所述的臭氧曝气盘采用纳米微孔结构，上层臭氧曝气盘4和下层臭氧曝气盘7的曝 气量比例为0.5:1-2:1。
[000引所述的臭氧曝气盘采用耐臭氧氧化塑料材质，反应罐体采用钢衬耐臭氧氧化塑料 材质。
[0009] -种去除高溫高酸体系中有机物和中间价态金属离子的方法，采用高溫高酸体系 下臭氧高效氧化反应装置，料液从上部进料口 1进入反应罐，臭氧从下部进入反应罐，在反 应罐中料液与臭氧形成逆向流;反应罐内控制反应溫度为常溫到l〇〇°C，优选80-100°C，PH< 1，压力为0.1-0.3MPa，料液经臭氧氧化后去除掉体系中的有机物和中间价态金属离子，由 下部的出料口流出。
[0010] 本发明设计了一种高溫高酸体系下臭氧高效氧化反应装置，该装置中曝气盘采用 纳米微孔结构使得臭氧均匀布气，提高传质效率，使臭氧更好地与料液充分接触反应;采用 双层臭氧曝气盘结构，提高氧化能力和臭氧利用率;顶部设有除泡沫装置，防止臭氧通量过 大时产生的气泡。该装置能够提高臭氧分压，增加臭氧溶解度，提高了臭氧利用率，可适应 高溫高酸体系，对比常规条件下和高溫高酸体系下的臭氧氧化能力的变化，得出高溫高酸 条件下臭氧氧化能力为常规条件下臭氧氧化能力的80-87%。本发明打破了臭氧不宜在高 溫高酸条件下应用的传统观念，拓宽了臭氧高效氧化剂的应用范围及领域。
【附图说明】
[0011] 图1为高溫高酸体系下臭氧高效氧化反应装置图，进料口-1、除泡沫喷淋口-2、废 气出口 -3、上层臭氧曝气盘-4、上层臭氧进口 -5、下层臭氧进口 -6、下层臭氧曝气盘-7、出料 口-8、反应罐-9。
[0012] 图2为实施例1臭氧氧化Fe2+转化效果对比图。
[0013] 图3为实施例2臭氧氧化有机物的去除效果对比图。
【具体实施方式】
[0014] 分别WFe2+代表无机反应物，W某工业废水代表有机反应物，用Fe2+的转化率和 COD的去除率考察臭氧对无机物和有机物的氧化能力。分别在常规条件下和高溫高酸条件 下进行对比。
[001引实施例1
[0016] 本发明设计的高溫高酸体系下臭氧高效氧化反应装置，该装置为反应罐9,反应罐 顶部开设进料口 1、除泡沫喷淋口 2、废气出口 3，反应罐底部开设出料口 8;反应罐体中水平 设置上下两层网状曝气管道，其上分别连接上层臭氧曝气盘4和下层臭氧曝气盘7;臭氧由 开设于反应罐体侧壁的上层臭氧进口 5和下层臭氧进口 6分别进入上下两层网状曝气管道 内；所述的臭氧曝气盘采用纳米微孔结构，上层臭氧曝气盘4和下层臭氧曝气盘7的曝气量 比例为1:1;所述的臭氧曝气盘采用耐臭氧氧化塑料材质，反应罐体采用钢衬耐臭氧氧化塑 料材质。
[0017] 采用上述高溫高酸体系下臭氧高效氧化反应装置，料液从上部进料口 1进入反应 罐，料液为浓度为2.8g/L的化Cl2溶液，用HCl将抑调到0.5，臭氧从下部进入反应罐，在反应 罐中料液与臭氧形成逆向流；反应罐内控制反应溫度为85°C，压力为0.15MPa，臭氧浓度 66g/m3，分别在12.5min、16.5min、21min、26.25min、42min取样测量测定二价铁及总铁含 量，计算化转化率。
[001引在常溫中性条件下重复上述实验内容。
[0019]
[0020] 由图2可W看出，在高溫高酸条件下，臭氧浓度在650mg/L时Fe2+全部被转化成Fe3 %臭氧氧化化h的氧化速率为1.35mg/L ? S;在常溫中性条件下，臭氧浓度在560mg/L时化h 全部被转化成Fe3+,臭氧氧化Fe2+的氧化速率为1.56mg/L ? S。高溫高酸条件下的臭氧氧化 速率为常溫中性条件下氧化速率的86.5%。
[0021] 实施例2
[0022] 采用实施例1的高溫高酸体系下臭氧高效氧化反应装置，料液从上部进料口 1进入 反应罐，料液为COD浓度为1 lOmg/L的工业废水，用HCl将pH调到0.6，臭氧从下部进入反应 罐，在反应罐中料液与臭氧形成逆向流;反应罐内控制反应溫度为90°C，压力为0.2MPa，臭 氧浓度 20g/m3，分别在 IOmin、20min、30min、40min、60min、IOOmi n 取样测量测定 COD，计算 COD降解速度。
[0023] 在常规条件下重复上述实验内容。
[0024]
[0025] 由图3可W看出，在高溫高酸条件下，臭氧投加量达到500mg/L时，COD去除率为 29.1 %，臭氧氧化有机物的氧化速率为0.334mg/L ? min;在常规性条件下，臭氧投加量达到 500mg/L时，COD去除率为36.9%，臭氧氧化有机物的氧化速率为0.397mg/L ? min。高溫高酸 条件下的臭氧氧化速率为常规条件下氧化速率的84.1 %。
【主权项】
1. 一种高温高酸体系下臭氧高效氧化反应装置，该装置为反应罐(9)，其特征在于，反 应罐顶部开设进料口（1 )、除泡沫喷淋口（2 )、废气出口（3)，反应罐底部开设出料口（8);反 应罐体内水平设置上下两层网状曝气管道，其上分别连接上层臭氧曝气盘(4)和下层臭氧 曝气盘(7);臭氧由开设于反应罐体侧壁的上层臭氧进口（5)和下层臭氧进口（6)分别进入 上下两层网状曝气管道内。2. 根据权利要求1所述的一种高温高酸体系下臭氧高效氧化反应装置，其特征在于，所 述的臭氧曝气盘采用纳米微孔结构，上层臭氧曝气盘(4)和下层臭氧曝气盘(7)的曝气量比 例为 0.5:1-2:1。3. 根据权利要求1所述的一种高温高酸体系下臭氧高效氧化反应装置，其特征在于，所 述的臭氧曝气盘采用耐臭氧氧化塑料材质，反应罐体采用钢衬耐臭氧氧化塑料材质。4. 一种去除高温高酸体系中有机物和中间价态金属离子的方法，其特征在于，该方法 采用高温高酸体系下臭氧高效氧化反应装置，料液从上部进料口（ 1)进入反应罐，臭氧从下 部进入反应罐，在反应罐中料液与臭氧形成逆向流;反应罐内控制反应温度为常温到100 °C，优选80-100°C，PH〈 1，压力为0.1-0.3MPa，料液经臭氧氧化后去除掉体系中的有机物和 中间价态金属离子，由下部的出料口流出。
【专利摘要】本发明公开了一种去除高温高酸体系中有机物和中间价态金属离子的方法和装置。该装置为反应罐，反应罐顶部开设进料口、除泡沫喷淋口、废气出口，反应罐底部开设出料口；反应罐体内水平设置上下两层网状曝气管道，其上分别连接上层臭氧曝气盘和下层臭氧曝气盘；臭氧由开设于反应罐体侧壁的上层臭氧进口和下层臭氧进口分别进入上下两层网状曝气管道内。料液从上部进料口1进入反应罐，臭氧从下部进入反应罐，在反应罐中料液与臭氧形成逆向流；料液经臭氧氧化后去除掉体系中的有机物和中间价态金属离子，由下部的出料口流出。本发明打破了臭氧不宜在高温高酸条件下应用的传统观念，拓宽了臭氧高效氧化剂的应用范围及领域。
【IPC分类】A62D3/38, B01J10/00, C02F1/78
【公开号】CN105668761
【申请号】CN201610021489
【发明人】宋英豪, 王敏, 苏向红, 王焕升, 崔志峰, 徐晶
【申请人】宋英豪, 王敏, 苏向红, 王焕升, 崔志峰, 徐晶
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月13日