一种异相催化反应塔及废水处理系统的制作方法

本实用新型属于废水处理技术领域，具体涉及一种异相催化反应塔及废水处理系统。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

在医药化工领域，由于生产工艺使用的原辅料及产品特性，产生的工艺废水具有成分复杂、生化降解性差、盐分高以及cod浓度高等显著特点。目前，常采用电化学、微电解以及芬顿工艺等相结合作为预处理工艺，结合生化系统处理。发明人发现，该种方式的运行费用高昂，业主难以承受；同时，该类工艺的cod去除明显但解毒性差，导致生化系统处理效率低，此外，采用芬顿工艺作为预处理废水的预处理工艺时，向废水中引入的盐分较多，会影响后续生化系统的微生物活性，进而降低生化系统的处理效率。为保证废水的稳定达标排放，后段预留芬顿作为深度处理工艺，整条工艺链占地面积大、运行费用高、危废处置费用大。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种异相催化反应塔及废水处理系统。

为解决以上技术问题，本实用新型的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种异相催化反应塔，包括：反应塔本体，反应塔本体内部，自下而上依次设置有双氧水投加装置、曝气层、支撑层、催化反应区、膨胀区和清水区，其中，催化反应区内填充有催化剂；

所述支撑层为鹅卵石层，所述催化剂设置于鹅卵石层的上方；

废水进口位于曝气层的下方，清水出口位于清水区的上方。

第二方面，本实用新型提供一种废水处理系统，包括：

所述异相催化反应塔，其废水进口通过泵与废水源连接；

风机，与所述曝气层连通；

储药容器，通过加药泵与异相催化反应塔的底部连通。

与现有技术相比，本实用新型的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：

设置曝气层，通过向废水中曝气，可以增加废水、双氧水和催化剂的接触分解次数，同时提供一定的氧气，辅助废水处理，以有效提高废水处理的效率。

该异相催化反应塔自下而上依次设置有双氧水投加装置、曝气层、支撑层、催化反应区和膨胀区，可以同时实现对废水的氧化分解和催化降解，可以进一步提高废水的降解效率，由于该异相催化反应塔可以实现废水的深度处理，进而可以有效降低废水处理系统的占地面积，进而降低运行费用等问题。

支撑层分为上、中、下三层石子层，三层石子层的粒径自下而上依次减小，不但可以对催化剂进行有效支撑，还可以对曝入的空气进行均匀分散，进而对废水施加较为均匀的作用力，有利于提高废水的处理均匀性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型实施例的整体结构示意图。

其中，1、集水井；2、提升泵；3、曝气头；4、支撑层；5、检查孔；6、催化反应区；7、观察口；8、膨胀反应区；9、截留网；10、出水管；11、反冲泵；12、加药泵；13、沉淀池；14、储药桶；15、风机。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

第一方面，本实用新型提供一种异相催化反应塔，包括：反应塔本体，反应塔本体内部，自下而上依次设置有双氧水投加装置、曝气层、支撑层、催化反应区、膨胀区和清水区，其中，催化反应区内填充有催化剂；

催化剂设置于支撑层的上方；

废水进口位于曝气层的下方，清水出口位于清水区的上方。

所述催化剂可以为现有的实现废水处理的碳基催化剂。

在一些实施例中，膨胀区体积为催化剂体积的30-200％。

在一些实施例中，催化剂为粒径为2-8mm，高度为4-10mm的圆柱体。

在一些实施例中，所述支撑层分为上、中、下三层石子层，下层石子层的粒径范围为10-20mm，中层石子层的粒径范围为6-8mm，上层石子层的粒径范围为1-3mm。

在一些实施例中，所述支撑层为开孔的不锈钢板或玻璃板。

进一步的，不锈钢板或玻璃板的开孔直径小于1.8mm。

第二方面，本实用新型提供一种废水处理系统，包括：

所述异相催化反应塔，其废水进口通过泵与废水源连接；

风机，与所述曝气层连通；

储药容器，通过加药泵与异相催化反应塔的底部连通。

为了进一步提高废水处理效果，还可以对废水处理的催化剂进行改进，改进后的废水处理催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将催化剂载体材料、碱金属催化助剂、贵金属催化材料以及活性材料按比例混合后，研磨成粉末，高温烧结共熔，制得催化剂材料；

所述碱金属催化助剂中的活性成分为钠、钾和钠钾氧化物；

所述活性材料为羟基过氧化铁、铁或四氧化三铁。

所述催化剂载体材料为碳基材料。

所述碳基材料为碘值大于550mg/g，粒径为2-10mm的碳基材料。碘值表征活性炭的材料性能，数值越高的活性炭性能越好，其强度、表面积、韧性更好。

所述贵金属催化材料为贵金属氧化物，其添加的质量百分数为0.5-1％。

所述贵金属催化材料为二氧化铂或氧化铑。含贵金属催化成分，用于加速羟基自由基的生产。

催化剂载体材料、碱金属催化助剂、贵金属催化材料以及活性材料的质量比为40-90:2-15:0.1-2:3-30。

高温烧结的温度为500-1100℃。

高温烧结时反应体系中的氧气含量为5-20％。

催化剂的为长4-10mm，直径为2-5mm的圆柱体。

催化剂的干物质密度为0.3-0.7g/cm3，吸水后物料密度大于水的密度。

材料优选干物质密度0.3-0.7g/cm3，小于水密度，经过验证，此密度的催化剂湿物料密度为1.1g/cm3左右，高于水密度，不宜上浮流失，可以起到更好的催化效果。

废水处理方法，包括如下步骤：废水自异相催化反应塔的底部通入，自下往上流过催化剂层时，废水中的污染物被碳基催化剂吸附，在催化剂的作用下，污染物被羟基自由基氧化、分解；被初次处理后的废水流至膨胀区进行开环断链反应，将环状碳链分解为长链或短链，进一步地将长链物质分解为短链物质，处理后的清水外排或进入后段处理系统。废水在催化剂层停留的时间为20-120min。

针对催化剂的改进，芬顿工艺、微电解工艺等高级氧化的工艺的目的是为了羟基自由基的生成，同时会产生一系列氧化性较弱的过程产物，但羟基自由基在水中的存在寿命极短仅为10^-9s，针对于此，以碳基材料作为主体材料，目的是利用碳基材料的吸附能力将废水中的特征污染物吸附至催化剂周围，利用双氧水在催化剂表面产生的羟基自由基的含量最大将目标污染物分解的同时完成碳基材料的解析过程，从而完成吸附-解析-再吸附-解析的循环过程。

催化剂材料整体的比重吸水后与液体介质的比值为1.05-1.1，在风机的曝气作用下，可增加废水与催化剂接触碰撞的次数，有利于污染物的进一步分解。此外，可通过控制加药泵的量满足运行需求即可，以节省加药费用；针对芬顿、电解等工艺需要酸性反应工况(一般ph值为3-4)，在碳基催化剂中融入少量的贵金属、碱性金属催化剂以扩宽反应的ph(可在ph3-9)以节省酸碱调节费用，同时减少盐分的引入带来对系统的不利因素；进一步的，为防止催化剂在表面脱落，制造过程采取在500-1100℃下高温共融，以求组分均质；反应的过程将不投加亚铁离子，以期降低铁泥量和运行费用，芬顿工艺的核心组成是芬顿试剂(亚铁离子和双氧水)，该催化剂附着不同状态的铁剂元素(亚铁、羟基氧化铁、铁等)及钠钾等原位再生剂，同时取代芬顿反应单一铁元素的反应机理，在此基础上进一步利用废水中的金属离子，加速其得电子的能力，以减缓整体的消耗速率；进一步的，优化催化剂的形状和粒径，得出适宜的尺寸(4-10mm长，直径4mm左右的圆柱体)。在此基础上，将催化剂产品结合工程参数优化加工成一体化设备。

实施例

一种异相催化反应塔，包括：反应塔本体，反应塔本体内部，自下而上依次设置有双氧水投加装置、曝气层、支撑层、催化反应区、膨胀区和清水区，其中，催化反应区内填充有所述催化剂；

催化剂设置于支撑层的上方；废水进口位于曝气层的下方，清水出口位于清水区的上方。膨胀区体积为催化剂体积的30-200％，催化剂为粒径为2-8mm，高度为4-10mm的圆柱体，支撑层分为上、中、下三层石子层，下层石子层的粒径范围为10-20mm，中层石子层的粒径范围为6-8mm，上层石子层的粒径范围为1-3mm。

废水处理系统，包括：所述异相催化反应塔，其废水进口通过泵与废水源连接；风机，与所述曝气层连通；储药容器，通过加药泵与异相催化反应塔的底部连通。

提升泵将集水井1中的废水泵入异相催化反应塔，其内部设置曝气头3，利用风机15鼓入空气，目的是增加废水、双氧水和催化剂的接触分解次数，同时提供微量的氧气，支撑层4主要起到支撑催化剂的作用以及布水的作用，支撑层由不同粒径的石子组成，分为下中上三部分，下部分为10-20mm粒径、中部分为6-8mm粒径、上部分为1-3mm粒径，双氧水通过加药泵12从储药桶14泵入，为防止催化剂污堵降低效率，可通过反冲泵11从沉淀池13进行反冲水洗，设置检查孔5，废水、空气与双氧水进入催化反应区6，并预留的膨胀反应区8，通过观察口7进行周期性观察，为防止少量催化剂流失设有1mm孔径的截留网9。

废水自异相催化反应塔的底部通入，自下往上流过催化剂层时，废水中的污染物被碳基催化剂吸附，在催化剂的作用下，污染物被羟基自由基氧化、分解；被初次处理后的废水流至膨胀区进行开环断链反应，将环状碳链分解为长链或短链，进一步地将长链物质分解为短链物质，处理后的清水外排或进入后段处理系统，废水在催化剂层停留的时间为100min。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。