一種臭氧光催化反應器及水處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種臭氧光催化反應器及使用其進行水處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國水污染形勢嚴峻，許多地區(qū)長期受水污染困擾，嚴重危害居民健康和工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。隨著2015年I月I日開始實施新環(huán)保法，我國對廢水深度處理的要求越來越迫切，特別是難降解工業(yè)廢水的處理難題。
[0003]當前，以好氧、厭氧技術(shù)組合形成的生物法是去除有機污染物最廉價有效的方法，但對生物毒性大的污染物無能為力，后續(xù)需增加物理化學處理單元。高級氧化法是最具前景的深度處理方法，通過外加能量場、光照、藥劑等，產(chǎn)生氧化能力強的羥基自由基深度礦化污染物，產(chǎn)物為無害的水和二氧化碳。高級氧化法包括芬頓氧化法、光催化法、臭氧氧化法、濕式催化氧化法、超臨界水氧化、超聲氧化法等，各種方法都存在一定的優(yōu)缺點。例如，芬頓法處理流程簡單，氧化能力較強，但要求酸性環(huán)境，并且產(chǎn)生大量鐵泥；光催化法反應速率慢，短期內(nèi)無法克服工業(yè)應用成本高的難題；濕式催化氧化要求高溫高壓，僅適用于濃度非常高、水量小的污水處理過程。臭氧氧化法操作條件溫和，氧化能力較強，在市政污水消毒和工業(yè)廢水處理中得到一定應用，但效率和成本還需進一步提高。
[0004]提高臭氧氧化效率有兩種途徑:高效催化劑開發(fā)和新反應過程設(shè)計。大量論文、專利公開了高效臭氧氧化催化劑開發(fā)過程，如CN102029165A和CN102049253A分別公布了適用于水處理的不同臭氧氧化催化劑制備方法。新反應過程主要指臭氧與其他反應分離過程耦合，如臭氧與陶瓷膜過濾、光催化、過氧化氫等結(jié)合，可在一定程度上提高臭氧氧化過程的氧化能力。
[0005]CN101497014公開了一種新型光催化臭氧化流化床反應裝置及水處理方法，其使用至少兩個裝置，通過反應裝置切換用臭氧尾氣再生水中流化態(tài)的催化劑，解決催化劑污染及臭氧尾氣污染浪費等問題，相對水處理效果而言，臭氧利用效率偏低。
[0006]CN201762164U采用氣提方法使活性炭懸浮在反應器中，但出水時需截留活性炭顆粒，且活性炭對紫外光吸收強，光催化效率偏低。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)采用臭氧光催化處理工業(yè)廢水，會產(chǎn)生大量羥基自由基，相互間無效煙滅影響了處理效率；且臭氧雖然對含不飽和鍵的污染物氧化能力強，但對雙鍵斷裂后形成的羧酸類中間產(chǎn)物去除能力有限。而另一方面，光催化用紫外燈管壽命較短，大量使用紫外光源會提高處理成本。
[0008]因此，本領(lǐng)域亟待開發(fā)一種臭氧光催化反應器，其反應效率較高，對污水處理能力強，且制作成本低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種臭氧光催化反應器，所述反應器污水處理效率高，制作成本低。
[0010]本發(fā)明目的之一通過如下方案實現(xiàn):
[0011 ] 一種臭氧光催化反應器包括:
[0012]⑴殼層；
[0013](ii)設(shè)置于殼層內(nèi)部的活性炭層；
[0014](iii)在殼層內(nèi)部，活性炭層上方設(shè)至少置一個光氧化反應單元；所述光氧化反應單元由下至上依次包括蜂窩狀活性炭床層1、光源層和蜂窩狀活性炭床層II;
[0015]其中，在活性炭層下方的殼層上設(shè)置進氣口和進水口 ；在光氧化反應單元上方的殼層上設(shè)置出水口和排氣口；
[0016]所述活性炭層負載有固體催化劑；所述至少一個蜂窩狀活性炭床層I和至少一個蜂窩狀活性炭床層II負載有光催化固體催化劑。
[0017]本發(fā)明將臭氧氧化和臭氧光催化兩種水處理過程集成在同一個反應器中，利用臭氧氧化對含不飽和鍵污染物的強氧化能力，和臭氧光催化和光催化對羧酸類污染物的強去除能力，巧妙設(shè)計反應器，提高了臭氧和紫外光的匹配度，克服了現(xiàn)有技術(shù)污水處理效率低，設(shè)備成本高的缺點。
[0018]優(yōu)選地，本發(fā)明設(shè)置蜂窩狀活性炭床層I和蜂窩狀活性炭床層II的光線透過率滿足預定百分比。
[0019]所述預定百分比根據(jù)實際情況進行選擇，可以是O?3%、0?5%、0.1?4%、0.2 ?5%、0.3 ?10%等。
[0020]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過調(diào)節(jié)蜂窩狀活性炭床層I和蜂窩狀活性炭床層II的厚度，兩者與光源層的距離，以及光源層的功率來實現(xiàn)蜂窩狀活性炭床層I和蜂窩狀活性炭床層II的光線透過率滿足預定百分比的目的。
[0021]優(yōu)選地，設(shè)置于殼體內(nèi)的活性炭層、至少一個蜂窩狀活性炭床層I和至少一個蜂窩狀活性炭床層II上負載的固體催化劑的含量依次增加。
[0022]優(yōu)選地，本發(fā)明所述活性炭層為蜂窩狀活性炭床、蜂窩陶瓷或顆?；钚蕴款w粒中的任意I種，優(yōu)選蜂窩狀活性炭床，進一步優(yōu)選耐水蜂窩狀活性炭床。
[0023]優(yōu)選地，蜂窩狀活性炭床層I和蜂窩狀活性炭床層II均為耐水蜂窩狀活性炭床。
[0024]優(yōu)選地，所述蜂窩狀活性炭床具有方孔。
[0025]作為優(yōu)選，活性炭層的設(shè)置要求傳質(zhì)效果好。當選擇蜂窩狀活性炭床作為活性炭層時，要求其方孔尺寸< 0.5cm，優(yōu)選0.1?0.5cm ;且優(yōu)選蜂窩狀活性炭床交錯放置。
[0026]作為優(yōu)選，蜂窩狀活性炭床層I和蜂窩狀活性炭床層II的設(shè)置要求具有合適的透光性和良好的傳質(zhì)效果。所述蜂窩狀活性炭床層I的方孔孔徑為0.5?1cm，所述蜂窩狀活性炭床層II的方孔孔徑為0.5?1cm。
[0027]優(yōu)選地，本發(fā)明所述光源層為能夠發(fā)射可見光和/或紫外光的光源，優(yōu)選紫外光源。
[0028]優(yōu)選地，所述光源層的光源外罩有石英保護罩。石英保護罩的作用是避免光源與污水接觸，降低安全風險，減少光損失。
[0029]優(yōu)選地，本發(fā)明所述光催化固體催化劑為1102和/或金屬摻雜的1102;所述摻雜金屬優(yōu)選自N1、Fe、Cu、Mn中任意一種或至少兩種的組合；
[0030]優(yōu)選地，所述固體催化劑選自固體臭氧氧化催化劑，優(yōu)選用于臭氧氧化的過渡金屬氧化物催化劑；特別優(yōu)選1102催化劑、CuO催化劑、MnO 2催化劑、N1催化劑或Fe 203催化劑中的任意一種或至少兩種的組合；。
[0031]優(yōu)選地，所述活性炭層負載的固體催化劑含量彡5%，優(yōu)選0.1?5%。
[0032]優(yōu)選地，當只含有一個光氧化單元時，所述蜂窩狀活性炭床層I負載的固體催化劑含量2?10%，優(yōu)選2?6%。
[0033]優(yōu)選地，當只含有一個光氧化單元時，所述蜂窩狀活性炭床層II負載的固體催化劑含量5?20%，優(yōu)選5?10%。
[0034]優(yōu)選地，所述活性炭層的厚度占活性炭層和光氧化反應單元高度之和的20?95%，優(yōu)選 30 ?80%。
[0035]優(yōu)選地，殼層內(nèi)部，在活性炭層下方，進氣口上方還設(shè)置有氣體分布器。
[0036]作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述反應器由下至上依次設(shè)置:
[0037]活性炭層，所述活性炭層為具有方孔孔徑< 0.5cm的蜂窩狀活性炭床，負載有含量不超過0.5%的固體催化劑；
[0038]厚度為5?20cmn的蜂窩狀活性炭床層II，所述蜂窩狀活性炭床層II的方孔孔徑為0.5?1cm，負載有2?10%的固體催化劑；
[0039]由外罩透明石英管的圓柱形紫外燈管水平排列組成的紫外光源層，所述紫外燈管的出射光強為10?1000mW/cm2;
[0040]厚度為5?20cmn的蜂窩狀活性炭床層II，所述蜂窩狀活性炭床層II的方孔孔徑為0.5?1c