CN106517619A - 一种声、光、臭氧耦合处理有机废水的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种声、光、臭氧耦合处理有机废水的装置，该装置包括：用于调节废水pH值的废水调节池；用于预氧化废水中小分子有机物和破坏大分子有机物、并使废水中的臭氧达到饱和浓度的臭氧预氧化反应***；用于超声波、臭氧、紫外光耦合氧化废水、大幅度降低废水中有机物浓度、实现深度氧化处理废水目标的耦合氧化反应***；清水池；所述废水调节池、臭氧预氧化反应***、超声波‑紫外光‑臭氧耦合氧化反应***和清水池由左向右依次连接设置。该装置采用超声波氧化、臭氧氧化、紫外光氧化耦合作用机制，内置超声波振板，将三种高级氧化技术协同用于处理高浓度、难降解的工业有机废水，提高处理效果，保障企业废水处理达到新排放标准要求。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种声、光、臭氧耦合处理有机废水的装置及其方法，本发明特别适合用于生物难降解、浓度高的有机废水处理。
背景技术
工业生产中排放的有机废水处理一直是困扰企业的环保难题，也是水污染控制的技术难题，现有的工业化技术主要有芬顿类试剂氧化、臭氧氧化、电化学氧化等。其中，芬顿类试剂氧化是应用最广泛的一种技术，主要是因为该技术初期投资费用低，但是在运营期间需要投加大量的药剂，运行费用较高，而且还会产生大量的污泥，此类污泥含有有害物质需参照危废进行管理和处置，又进一步增加了企业运行成本，另外，随着全社会对环保的日益重视，企业污水处理提标改造势在必行，很多地方政府已经要求企业提高污水处理排放标准，仅使用芬顿类试剂氧化的技术处理废水并不能满足新的排放标准要求，因此急需开发新的技术来解决这一难题。
臭氧氧化作为一种高级氧化技术，在给水处理中使用较多，近些年逐渐应用在废水处理领域，取得了较好的效果，但是该技术易受到各种客观条件影响，造成臭氧的利用率低，投加量远远大于理论需要量，导致运行成本升高并有大量的剩余臭氧排入大气污染环境空气。限制了该技术的推广应用。
超声波氧化技术集高级氧化、焚烧、超临界氧化于一体，具有操作简单方便、无二次污染等优点，但是氧化效率较低，尤其是单独使用超声波氧化技术处理污水很难达到理想的处理效果，因此，该技术通常与其他高级氧化技术耦合作用，能够处理多种工业有机废水。
工业废水成分复杂，污染物种类较多, 单独使用某一种技术很难达到理想的处理效果，无法满足越来越高的环保排放标准要求，因此，多项技术联合研究被关注，已有文献报道用超声波、臭氧和紫外光协同处理有机废水的工艺和装置，处理效果要比单一技术有所提高，但是并不显著；另外，臭氧利用率较低，剩余臭氧排空也会带来大气污染问题；第三，在较厚的反应器壁外置超声波振子也降低了超声波的空化等作用，损失大量声能量。由于上述问题使得该联合处理方法协同处理效率大大降低，不能真正发挥三种技术耦合的作用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足，提出一种声、光、臭氧耦合处理有机废水的装置及其方法，该方法采用超声波氧化、臭氧氧化、紫外光氧化耦合作用机制，内置超声波振板，将三种高级氧化技术协同用于处理高浓度、难降解的工业有机废水，并采用臭氧循环氧化技术提高臭氧利用率，减少臭氧的排放，降低工业有机废水处理费用，提高处理效果，保障企业废水处理达到新排放标准要求，减轻企业环保压力，保护生态环境。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种声、光及臭氧耦合处理有机废水的装置，该装置包括：
用于调节废水pH值的废水调节池；
用于预氧化废水中小分子有机物和破坏大分子有机物、并使废水中的臭氧达到饱和浓度的臭氧预氧化反应***；
用于超声波、臭氧、紫外光耦合氧化废水、大幅度降低废水中有机物浓度、实现深度氧化处理废水目标的耦合氧化反应***；
清水池；
所述废水调节池、臭氧预氧化反应***、超声波-紫外光-臭氧耦合氧化反应***和清水池由左向右依次连接设置。
一种声、光及臭氧耦合处理有机废水的方法，该方法包括以下步骤：
①、废水排入废水调节池后用碱液或酸液调节pH在4-6之间，废水池中调节好pH的废水经过水泵送入臭氧预氧化反应***；
②、开启臭氧发生器，调节臭氧发生量为5g/h-15g/h，臭氧预氧化反应***内的废水经过臭氧预氧化后臭氧达到饱和浓度，然后泵入耦合氧化反应***；
③、臭氧预氧化反应***内剩余的臭氧从顶部排空管线排入耦合氧化反应***，开启超声波发生器电源和紫外灯电源，使得臭氧氧化、超声波氧化和紫外光氧化耦合氧化处理废水，停留时间根据废水处理效果确定，废水达到处理效果后通过阀门排放到清水池。
步骤①中所用的酸液为5-20%浓度的硝酸或者5-20%浓度的硫酸，所用的碱液为10-20%的氢氧化钠或者5-20%的浓度的碳酸钠。
本发明提供的技术方案有以下优点：
（1）、本发明采用臭氧、紫外光、超声波耦合氧化作用处理有机废水，能够彻底将有机物矿化，尤其是生物难降解的有毒有害有机物，显著增强三种氧化技术联合处理有机废水的效率。
（2）、本发明在工艺前端设置了废水调节池和臭氧预氧化工序，能够保证后续耦合氧化工艺的处理效果，进一步提升处理效率。
（3）、废水调节池具有缓冲池和蓄水池的功能，既可以调节pH值，也可以调节废水流量，使得后续工艺进水水量、水质稳定。
（4）、臭氧预氧化工艺，能够分解和破坏一部分有机物，使得废水臭氧浓度饱和，剩余臭氧循环进入耦合反应池，有利于耦合氧化反应，能够提高臭氧利用率和减少臭氧排放对大气的污染。
（5）、耦合氧化反应池设置为六棱柱体结构，六个侧面的内测安装超声波振板，能加快臭氧液相传质速率，提高气液界面能量和物质交换，减少声能量损失，提高超声波空化等作用，辅以紫外光照射，从而产生更多的空穴或羟基自由基参与氧化反应，提高有机物矿化能力和效率。
（6）、本发明工艺简单，不产生二次污染，占地空间小，可以安装到生产车间直接处理工艺废水，也可以设置在污水处理站内，进行综合废水处理。
（7）、本发明工艺与装置采用超声波氧化、光催化氧化、臭氧氧化耦合作用机制，提高强氧化性羟基自由基的产率，同时利用臭氧预氧化和循环氧化作用，提高臭氧利用率。
附图说明
图1是本发明一种声、光、臭氧耦合处理有机废水的工艺工艺流程图。
图2是本发明一种声、光、臭氧耦合处理有机废水的装置示意图。
图3是利用本发明工艺处理某染料中间体生产企业排放的化工废水时，废水化学需氧量随着不同停留时间的变化趋势图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示：一种声、光及臭氧耦合处理有机废水的装置，该装置包括：
用于调节废水pH值的废水调节池a；
用于预氧化废水中小分子有机物和破坏大分子有机物、并使废水中的臭氧达到饱和浓度的臭氧预氧化反应***b；
用于超声波、臭氧、紫外光耦合氧化废水、大幅度降低废水中有机物浓度、实现深度氧化处理废水目标的耦合氧化反应***c；
清水池d；
所述废水调节池a、臭氧预氧化反应***b、超声波-紫外光-臭氧耦合氧化反应***c和清水池d由左向右依次连接设置。
一种声、光及臭氧耦合处理有机废水的的方法，该方法包括以下步骤：
1、废水排入废水调节池a后用碱液或酸液调节pH在4-6之间，废水池a中调节好pH的废水经过水泵送入臭氧预氧化反应***b；
2、开启臭氧发生器，调节臭氧发生量为5g/h-15g/h，臭氧预氧化反应***b内的废水经过臭氧预氧化后臭氧达到饱和浓度，然后泵入耦合氧化反应***c；
3、臭氧预氧化反应***b内剩余的臭氧从顶部排空管线排入耦合氧化反应***c，开启超声波发生器电源和紫外灯电源，使得臭氧氧化、超声波氧化和紫外光氧化耦合氧化处理废水，停留时间根据废水处理效果确定，废水达到处理效果后通过阀门排放到清水池d。
如图2所示：所述废水调节池a主要用于调节废水pH值，从废水调节池a的顶端加入酸液或者碱液，所用的酸液为5-20%浓度的硝酸或者5-20%浓度的硫酸，所用的碱液为10-20%的氢氧化钠或者5-20%的浓度的碳酸钠。废水调节池a的左侧面上端设置一个第一进水口a1，右侧面下端设置第一出水口a2，第一出水口a2依次连接第一阀门a3、第一增压泵a4，第一增压泵a4的出水口通过管线依次与第一流量计a5、臭氧预氧化反应***b的第二进水口b1连接。
所述臭氧预氧化反应***b主要用于预氧化废水中小分子有机物和破坏大分子有机物，并使废水中的臭氧达到饱和浓度；包括臭氧发生器b2和臭氧预氧化反应罐b3，臭氧发生器b2为市售的任何一种臭氧产生量能够达到15g/h的臭氧发生器，臭氧预氧化反应罐b3是一个密封的反应器，臭氧预氧化反应罐b3的底部装有一个第一盘式曝气管b4，臭氧发生器b2通过管线依次连接第一逆止阀b5、第一盘式曝气管b4；臭氧预氧化反应罐b3的顶部留有排空口b6，排空口b6通过管线依次连接第二阀门b7、气体增压泵b8、第二逆止阀b9、耦合氧化反应池c1；臭氧预氧化反应罐b3的左侧上端设置有第二进水口b1，第二进水口b1通过管线依次与第一流量计a5、第一增压泵a4连接。臭氧预氧化反应罐b3的右侧中下部设置第二出水口b10，第二出水口b10通过管线依次与第三阀门b11、第二增压泵b12、第三逆止阀b13连接。
所述耦合氧化反应***c主要用于超声波、臭氧、紫外光耦合氧化废水，大幅度降低废水中有机物浓度，实现深度氧化处理废水的目标；包括耦合氧化反应池c1、超声波发生器c2、超声波振板c3、紫外灯c4、紫外灯电源c5和石英管c6；所述耦合氧化反应池c1的池体c7是一个六棱柱体，池体c7有六个侧面，超声波振板c3安装到池体c7的内侧面，超声波振板c3不能小于内侧面面积的1/5，六个侧面都设置有超声波振板c3，所述超声波振板c3通过第一导线c12与超声波发生器c2连接；所述超声波发生器c2选用频率40KHz以上、功率与超声波振板的功率匹配的市售的任何一种超声波发生器；所述耦合氧化反应池c1的中心设置一个石英管c6，石英管c6是一端开口的中空管，石英管c6通过池体顶部的固定支架c8固定，石英管c6的开口端朝上，紫外灯c4***石英管c6腔体内部通过第二导线c9与紫外灯电源c5连接；所述耦合氧化反应池c1的底部安装有第二盘式曝气管c12；所述耦合氧化反应池c1池体c7的一个侧面设置由第三出水口c10，清水池d通过管线与第三出水口c10连接，在第三出水口c10和清水池d之间设置有第四阀门c11，打开第四阀门c11，处理后的废水通过第三出水口c10排入清水池d。
以某染料中间体生产企业排放的化工废水处理为例，具体介绍本发明废水处理工艺。某染料中间体生产企业排放的化工废水排入废水调节池a，用酸液和碱液该废水的调节pH为4.62，然后开启第一阀门a3和第一增压泵a4，用第一流量计a5自带的调节阀调节废水流量在1.0L/min-20.0L/min，废水调节池a中调节好pH的废水经过第一增压泵a4送入臭氧预氧化反应***b的臭氧预氧化反应罐b1，开启臭氧发生器b2的电源按钮b14，通过臭氧发生器b2的流量调节阀b15调控臭氧输出量为5g/h-15g/h，输出的臭氧气体通过臭氧预氧化反应罐b1底部布设的第一盘式曝气管b4进入臭氧预氧化反应罐b1，臭氧与废水在臭氧预氧化反应罐b1内发生氧化反应并使臭氧达到饱和浓度，废水在臭氧预氧化反应罐b1停留时间控制在2小时-4小时后，开启第三阀门b11、第三逆止阀b13和第二增压泵b12，臭氧饱和的废水被泵入耦合氧化反应池c1，再开启第三阀门b11同时开启第二阀门b7、第二逆止阀b9和气体增压泵b8，臭氧预氧化反应罐b1内剩余的臭氧从顶部排空口b6排入耦合氧化反应池c1，开启超声波发生器c2电源和紫外灯电源c5，在耦合氧化反应池c1内，使得臭氧氧化、超声波氧化和紫外光氧化耦合氧化处理废水，不同停留时间取样检测废水的化学需氧量，结果如图3所示，停留1小时废水的化学需氧量去除62%，停留2小时废水的化学需氧量去除81.5%，停留3小时废水的化学需氧量去除95.2%，停留4小时废水的化学需氧量去除99.6%，废水的化学需氧量由9100mg/L降低到36.4mg/L，达到污水处理一级A排放标准。废水达到处理效果后通过第四阀门c11排放到清水池d。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种声、光及臭氧耦合处理有机废水的装置，其特征在于，该装置包括：
用于调节废水pH值的废水调节池（a）；
用于预氧化废水中小分子有机物和破坏大分子有机物、并使废水中的臭氧达到饱和浓度的臭氧预氧化反应***（b）；
用于超声波、臭氧、紫外光耦合氧化废水、大幅度降低废水中有机物浓度、实现深度氧化处理废水目标的耦合氧化反应***（c）；
清水池（d）；
所述废水调节池（a）、臭氧预氧化反应***（b）、超声波-紫外光-臭氧耦合氧化反应***（c）和清水池（d）由左向右依次连接设置。
2.根据权利要求1所述的一种声、光及臭氧耦合处理有机废水的装置，其特征在于：所述废水调节池（a）的左侧面上端设置一个第一进水口（a1），右侧面下端设置第一出水口（a2），第一出水口（a2）依次连接第一阀门（a3）、第一增压泵（a4），第一增压泵（a4）的出水口通过管线依次与第一流量计（a5）、臭氧预氧化反应***（b）的第二进水口（b1）连接。
3.根据权利要求1所述的一种声、光及臭氧耦合处理有机废水的装置，其特征在于：所述臭氧预氧化反应***（b）包括臭氧发生器（b2）和臭氧预氧化反应罐（b3），所述臭氧预氧化反应罐（b3）是一个密封的反应器，臭氧预氧化反应罐（b3）的底部装有一个第一盘式曝气管（b4），臭氧发生器（b2）通过管线依次连接第一逆止阀（b5）、第一盘式曝气管（b4）；臭氧预氧化反应罐（b3）的顶部留有排空口（b6），排空口（b6）通过管线依次连接第二阀门（b7）、气体增压泵（b8）、第二逆止阀（b9）、耦合氧化反应池（c1）；所述臭氧预氧化反应罐（b3）的左侧上端设置有第二进水口（b1），第二进水口（b1）通过管线依次与第一流量计（a5）、第一增压泵（a4）连接；臭氧预氧化反应罐（b3）的右侧中下部设置第二出水口（b10），第二出水口（b10）通过管线依次与第三阀门（b11）、第二增压泵（b12）、第三逆止阀（b13）连接。
4.根据权利要求1所述的一种声、光及臭氧耦合处理有机废水的装置，其特征在于：所述耦合氧化反应***（c）包括耦合氧化反应池（c1）、超声波发生器（c2）、超声波振板（c3）、紫外灯（c4）、紫外灯电源（c5）和石英管（c6）；所述耦合氧化反应池（c1）的池体（c7）是一个六棱柱体，池体（c7）有六个侧面，超声波振板（c3）安装到池体（c7）的内侧面，超声波振板（c3）不能小于内侧面面积的1/5，六个侧面都设置有超声波振板（c3），所述超声波振板（c3）通过第一导线（c12）与超声波发生器（c2）连接；所述耦合氧化反应池（c1）的中心设置一个石英管（c6），石英管（c6）是一端开口的中空管，石英管（c6）通过池体顶部的固定支架（c8）固定，石英管（c6）的开口端朝上，紫外灯（c4）***石英管（c6）腔体内部通过第二导线（c9）与紫外灯电源（c5）连接；所述耦合氧化反应池（c1）的底部安装有第二盘式曝气管（c12），所述耦合氧化反应池（c1）池体（c7）的一个侧面设置由第三出水口（c10），清水池（d）通过管线与第三出水口（c10）连接，在第三出水口（c10）和清水池（d）之间设置有第四阀门（c11），打开第四阀门（c11），处理后的废水通过第三出水口（c10）排入清水池（d）。
5.一种声、光及臭氧耦合处理有机废水的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①、废水排入废水调节池（a）后用碱液或酸液调节pH在4-6之间，废水池（a）中调节好pH的废水经过水泵送入臭氧预氧化反应***（b）；
②、开启臭氧发生器，调节臭氧发生量为5g/h-15g/h，臭氧预氧化反应***（b）内的废水经过臭氧预氧化后臭氧达到饱和浓度，然后泵入耦合氧化反应***（c）；
③、臭氧预氧化反应***（b）内剩余的臭氧从顶部排空管线排入耦合氧化反应***（c），开启超声波发生器电源和紫外灯电源，使得臭氧氧化、超声波氧化和紫外光氧化耦合氧化处理废水，停留时间根据废水处理效果确定，废水达到处理效果后通过阀门排放到清水池（d）。
6.根据权利要求5所述的一种声、光及臭氧耦合处理有机废水的方法，其特征在于：步骤①中所用的酸液为5-20%浓度的硝酸或者5-20%浓度的硫酸，所用的碱液为10-20%的氢氧化钠或者5-20%的浓度的碳酸钠。
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