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

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。

权利要求

1.一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，所述的高温高酸体系下臭氧高效氧化反应装置为反应罐（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；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℃，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。

2.根据权利要求1所述的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，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，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。

说明书

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

技术领域

[0001] 本发明属于高温高酸体系的臭氧氧化技术领域，特别涉及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。

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钠氧化、氯酸钠氧化、高锰酸钾氧化等，反应过程中易产生刺激性气体或废水，污染环境，这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、反应条件温和、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氟，既可以和无机物如Fe、Cl、Mn、氰化物等反应，也可以和有机物发生反应，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％以下的臭氧，在常温常态常压的空气中分解半衰期为20-30分钟左右。随着温度的升高，分解速度加快，温度超过100℃时，分解非常剧烈，达到270℃高温时，可立即转化为氧气。与此同时，PH对臭氧的氧化能力影响较大。在中性和碱性条件下，臭氧可以较快的速度分解产生氧化能力更强的羟基自由基，提高了臭氧的氧化能力，但是在酸性条件下，臭氧分解产生羟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。此外，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] 由于以上原因，臭氧几乎不被应用在高温高酸体系中。因此，在高温高酸体系中臭氧氧化剂的应用研究还有待于进一步深入，开发一种高温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温高酸体系中。

[0006] 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，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。

[0008] 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] 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，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℃，优选80-100℃，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温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，可适应高温高酸体系，对比常规条件下和高温高酸体系下的臭氧氧化能力的变化，得出高温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。

附图说明

[0011] 图1为高温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] 分别以Fe2+代表无机反应物，以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温高酸条件下进行对比。

[0015] 实施例1

[0016] 本发明设计的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，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，料液为浓度为2.8g/L的FeCl2溶液，用HCl将pH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；反应罐内控制反应温度为85℃，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Fe2+转化率。

[0018] 在常温中性条件下重复上述实验内容。

[0019]

[0020] 由图2可以看出，在高温高酸条件下，臭氧浓度在650mg/L时Fe2+全部被转化成Fe3+，臭氧氧化Fe2+的氧化速率为1.35mg/L·s；在常温中性条件下，臭氧浓度在560mg/L时Fe2+全部被转化成Fe3+，臭氧氧化Fe2+的氧化速率为1.56mg/L·s。高温高酸条件下的臭氧氧化速率为常温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，料液为COD浓度为110mg/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；反应罐内控制反应温度为90℃，压力为0.2MPa，臭3
氧浓度20g/m ，分别在10min、20min、30min、40min、60min、100min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可以看出，在高温高酸条件下，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。高温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％。