基于水力空化作用的气核靶向催化氧化反应器的制作方法

本发明涉及一种催化氧化反应器，尤其是一种基于水力空化作用的气核靶向催化氧化反应器。

背景技术：

催化氧化技术能够有效地氧化有机物，而且受污水中其它成分影响较小，在水处理中已得到广泛应用。氧化剂的利用效率是决定催化氧化反应器运行成本的关键，例如产出一公斤臭氧能耗达16-20KW。如果采取试当的措施，有效地提高氧化剂的利用率，就可以降低催化氧化的运行费用。现有的催化氧化工艺，通常采用以下三种方法力求提高效率、降低成本：一是加入催化剂，降低活化能；二是加热提高反应速度；三是利用超声空化作用等强化传质。加入催化剂方法催化氧化完成后，需将催化剂与处理后的水进行分离（否则会产生二次污染），增加了设备投资和运行成本；加热提高反应速度的方法能耗过高；利用超声空化作用等强化传质的方法中超声空化发生设备本身需要投资和维护，也会增加设备的投资和运行费用。

技术实现要素：

本发明就是针对上述问题，提供一种低能耗、高效率、造价低及运行费用低、无二次污染的基于水力空化作用的气核靶向催化氧化反应器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明包括依次相连的前导锥体、阻挡外环、催化氧化腔体、后固定环、后导锥体组成的壳体，还包括设置在壳体内的依次相连的气核发生体、前固定环、阻挡内环、弹性固定管，内设导气管的弹性固定管后部设置在后固定环内，导气管的前端通过前固定环内孔与气核发生体相连，导气管的后端与固定环内的进气管相连，进气管内设置有加热管；阻挡外环的内部和阻挡内环外部分别设置有圆环，两个圆环之间设有环形缝隙。

固定加热管前后两端的前加热固定环、后加热固定环的材料为耐高温硅胶，前加热固定环上均布有通气孔。

作为本发明的进一步改进，气核发生体为微孔陶瓷气核发生体，微孔直径为0.1-10μm。

作为本发明的进一步改进，气核发生体与前固定环通过901胶粘结；方便更换气核发生体。

作为本发明的进一步改进，弹性固定管两端分别与阻挡内环、后固定环过盈配合；拆装方便，实现快速改变催化氧化空化腔的容积的目的。

作为本发明的进一步改进，弹性固定管材料为尼龙。

作为本发明的进一步改进，弹性固定管上设置有限位台阶；安装时，限位台阶与后固定环8压紧，起到限位作用的同时提高稳定性。

作为本发明的进一步改进，阻挡外环内孔为外大内小阶梯状。

作为本发明的进一步改进，催化氧化腔体材料为有机玻璃。

发明有益效果

本发明与现有催化氧化反应器相比，具备低能耗、高效率、造价低及运行费用低、无二次污染的优点，下面从工艺及结构特点具体说明如下：

1、工艺效果：本发明采用微孔陶瓷气核发生体可将臭氧或其他作为氧化剂的气体变成直径约0.1~10μm的气核，在气核附着腔内被污水的胶体颗粒或胶团所吸附，污水流经环形缝隙时流速急剧增高同时压强急剧降低，气核发展成较大的空泡（1~10μm），污水进入催化氧化腔时，流速急剧降低同时压强急剧升高，空泡发生溃灭从而产生局部的热效应、微射流效应和冲击波效应（以下简称强化效应），能从以下几个方面实现强化氧化分解作用：①气核吸附在胶体颗粒或胶团上，空化产生的强化效应直接作用于“受体”（菌胶团，胶体颗粒，污泥细胞或大分子），起到靶向定位的效果，大大提高氧化剂的利用率，不需加入任何化学催化剂，降低运行费用，不产生二次污染；②水力空化产生的局部热效应可使局部的温度高达几百摄氏度，大大提高氧化反应的速度；③水力空化产生的微射流和冲击波效应可以破坏菌胶团、胶体颗粒、微生物细胞甚至使大有机分子破环或断链，大大强化氧化分解作用；④水力空化发生后会在热点、负压区产生新的游离气核，成为空化作用的新单元，进而在催化氧化腔内产生链锁反应，大大强化了化学反应的传质过程，提高反应速率；⑤加热管可为通入的氧化性气体加热，加快反应速率。

2、结构效果：①微孔陶瓷气核发生体与前固定环粘接成一体，这个一体结构件方便拆装，可以根据具体需要更换不同密实度或壁厚的气核发生体；②弹性固定管、阻挡内环、前固定环以及气核发生体构成一个悬臂结构，弹性固定管为尼龙（聚酰胺6）材质，有一定的弹性，当本发明工作时悬臂结构会在湍流的作用下小幅度摆动，一旦环形缝隙被堵塞，悬壁结构的摆动会使堵塞物变形、破坏和脱落，有效防止堵塞，本发明的适应性更强；③由于存在一个独立的催化氧化腔体，其材质为有机玻璃，可以通过目测或高速摄影等手段观测水力空化催化氧化的过程，同时可以通过改变催化氧化腔体和弹性固定管前端的长度，从而改变催化氧化空化腔的容积；④前端产生的气核可诱发水力空化，增大了水力空化初生的空化数，比传统的孔板空化器能耗要低约20%；⑤在后固定环中设置有加热装置，加热装置可以使通入的氧化性气体由加热管加热约200摄氏度，由于气体的比热（约为水的1/4）比水小得多，直接加热氧化气体可提升反应速率而且可大大降彽能耗。

当本发明通入强氧化剂，可用于处理制药、印染等行业产生的难降解有机废水和破解剩余污泥，运行成本低（约为普通催化氧化法的50%），且不产生二次污染；如果通入空气也可用于河流排污口污水的末端处理，有效降低有机污染物的入河量；还可以用于破坏藻类细胞和纤维结构用于富营养化水体的治理。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的Ⅰ处的局部放大图；

图3是图1的Ⅱ处的局部放大图。

具体实施方式

本发明包括依次相连的前导锥体1、阻挡外环3、催化氧化腔体6、后固定环8、后导锥体9组成的壳体10，还包括设置在壳体10内的依次相连的气核发生体2、前固定环4、阻挡内环5和由尼龙材料制成的弹性固定管7构成的悬臂结构，内设导气管71的弹性固定管7后部设置在后固定环8中，弹性固定管7上设置有限位台阶72，弹性固定管7在限位台阶72后面部分与后固定环8采用过盈配合相连，弹性固定管7前部与阻挡内环5也采用过盈配合相连。前固定环4内设置有内孔41，导气管71的前端与前固定环4的内孔41相连，导气管71的后端与设置在后固定环8内的进气管81相连，进气管81包括相连的轴向进气管812和径向进气管811，径向进气管811与外界相通，轴向进气管812内设置有加热管82，设置在加热管82前后两端的前加热固定环83、后加热固定环86，前加热固定环83上均布有通气孔831，加热管82连接有可与外部电源相连的加热导线84，加热导线84设置在导线管85中。前加热固定环83、后加热固定环86及导线管85与后固定环8接触表面材料均采用可承受350度高温的耐高温硅胶。径向进气管811、轴向进气管812、通气孔831、导气管71和前固定环4的内孔41形成一条为气核发生体2提供作为氧化剂作用的气体通道。阻挡外环内部与气核发生体2、前固定环4、阻挡内环5外表面之间的阻挡外环内孔31为外大内小阶梯状，从而形成一个外大内小的待处理水的通道。阻挡外环3的内部和阻挡内环5外部相应位置分别设置有圆环51，阻挡外环圆环32与阻挡内环圆环53之间留置有环形缝隙52。气核发生体2为微孔陶瓷气核发生体，其上微孔21的孔径取值范围为0.1-10μm。气核发生体2通过901胶粘结在前固定环4前端，可根据情况需要，购置并更换不同孔径的微孔陶瓷气核发生体，使用方便。催化氧化腔体6采用有机玻璃材料制作，实现内部反应的可视性。前导锥体1和后导锥体9的端部还分别设置有进水法兰11和出水法兰91。

使用前，先选取适当长度的催化氧化腔体和弹性固定管，连接好本发明，然后通过进水法兰11和出水法兰91把前导锥体1和后导锥体9与污水由进水管和出水管相连，再将后固定环的进气管81与安装有调压阀的储气罐相连，储气罐中装有一定压强（1.5~3个大气压）的气体氧化剂（例如臭氧）；将加热导线84与电源和温控器相连。

工作时， 要处理的污水由前导锥体1的进水口12进入，打开并调储气罐的调压阀， 气体氧化剂通过进气管81、经加热管82加热升温，从前加热固定环83上的通气孔831流出，经导气管71和前固定环4的内孔41进入气核发生体2，气核发生体2的外表面产生大量的气核，气核与污水混合并被污水中固相吸附，当污水流经环形缝隙52时，流速增大压强降低，气核发展成空泡，进入催化氧化腔61后流速降低压强增加，空泡溃灭在前述强化作用下发生氧化分解反应，降解有机物，完成催化氧化过程，处理后的水从后导锥体9的出水口92流出。