CN107673461A - 污水处理装置及方法与*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种污水处理装置及方法与***，涉及污水处理技术领域，该污水处理装置包括气液混合单元和与气液混合单元连接的氧化单元；气液混合单元包括依次连接的污水泵、气液射流器和气液混合器；气液混合器包括至少一个混合柱，混合柱内设有螺旋叶片。利用该污水处理装置能够缓解现有技术的处理设备中因气液混合不均导致的臭氧利用效率低的技术问题，达到了提高臭氧利用率的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种污水处理装置及方法与***。
背景技术
近二十年来，中国的印染、化工、制药等工业进入飞速发展时期，伴随产生的工业废水也日益增多。工业生产排放的废水往往含有大量难降解有机物和有毒有害物质，如不妥善治理，将严重影响生态环境和人类健康。鉴于工业废水的高化学需氧量(ChemicalOxygen Demand，简称COD)和高色度，传统的生物处理降解效果甚微，高级氧化技术由于氧化能力强、氧化速率快等独特的优势成为目前此类废水处理热点之一。
目前常用的氧化技术是用臭氧对污水进行氧化处理，以分解去除污水中的有害物质。在标准状态下臭氧的氧化还原电位为2.07V，是极强的氧化剂。臭氧在水中分解后产生氧化能力极强的单原子氧(O)和羟基自由基(·OH)，可将有机污染物分解为CO2和H2O，从而达到废水脱色和降低COD的目的。而目前的处理设备(臭氧催化设备)存在因气液混合不均导致臭氧利用效率低，从而导致废水处理成本偏高和效果不佳的缺点。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种污水处理装置，以缓解现有技术的处理设备中因气液混合不均导致的臭氧利用效率低的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种污水处理方法，利用该方法进行污水处理，可以提高臭氧的利用率。
本发明的第三目的在于提供一种污水处理***，利用该***进行污水处理可以在降低污水处理成本的同时提高污水的处理效果。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种污水处理装置，包括气液混合单元和与所述气液混合单元连接的氧化单元；所述气液混合单元包括依次连接的污水泵、气液射流器和气液混合器；
所述气液混合器包括至少一个混合柱，所述混合柱内设有螺旋叶片。
进一步的，所述螺旋叶片包括左螺旋叶片和右螺旋叶片，所述左螺旋叶片和所述右螺旋叶片在所述混合柱内沿所述混合柱的轴向方向交替设置。
进一步的，所述左螺旋叶片和所述右螺旋叶片在所述混合柱内以90°角错位交替设置。
进一步的，所述螺旋叶片为180°扭曲的螺旋叶片。
进一步的，所述气液混合器的横纵比为0.1-0.15，体积分率为10-20％。
进一步的，所述气液射流器的流量比为0.35-0.45，扬程比为0.25-0.35，面积比为2.5-3.5。
进一步的，所述气液射流器中喷嘴入口直径为(1.3-1.6)d，进气口直径为(2.4-2.6)d，渐缩段直径为(2.9-3.1)d，混合室直径为(1.85-2.1)d，扩散管直径为(3.4-3.6)d；
其中，d为喷嘴出口直径。
进一步的，所述氧化单元包括催化氧化反应器；可选地，所述催化氧化反应器为固定床催化氧化柱。
进一步的，所述固定床催化氧化柱中填充有催化填料，所述催化填料的体积为柱体体积的20-30％；可选地，所述催化填料包括氧化铝、无机粘结剂和有机粘结剂；可选地，所述催化填料还包括有二氧化锰催化剂；可选地，所述氧化铝的比表面积为380-420m2/g，优选为390-410m2/g，进一步优选为400m2/g。
进一步的，所述固定床催化氧化柱的柱体直径与所述催化填料的颗粒的直径比为15-20。
一种污水处理方法，将氧化气体和污水分别引入上述污水处理装置中的气液混合单元，经混合后进入氧化单元进行氧化反应。
进一步的，所述氧化气体包括臭氧。
进一步的，所述污水处理方法还包括将氧化气体和污水分别引入气液混合单元后向气液混合单元中通入氧化剂的步骤。
一种污水处理***，包括臭氧制备单元和与所述臭氧制备单元连接的上述污水处理装置。
进一步的，所述臭氧制备单元包括制氧机和与所述制氧机连接的臭氧发生器，所述制氧机产生的氧气在所述臭氧发生器生成臭氧；所述臭氧发生器连接于气液射流器；
优选地，所述制氧机产生的氧气的纯度大于90％；
优选地，所述臭氧发生器中生成的臭氧的质量分数大于10％。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中的污水处理装置通过单独设置气液混合单元，以使氧化气体(例如臭氧)与污水在气液混合单元中的气液混合器内充分混合。该气液混合器是由至少一个的混合柱组成的，且混合柱内设有螺旋叶片，臭氧与污水在混合柱内通过螺旋叶片的分流作用混合均匀，然后再进入氧化单元进行反应。由于本发明中的气液混合器内设有螺旋叶片，因此，可以使臭氧与污水充分混合，可以有效提高臭氧的利用率，进而降低污水处理成本并提高污水处理效果。
本发明提供的污水处理***可以深度处理印染、化工、制药等工业生产污水，将生物难降解物质高效率去除，达到污水脱色和降低COD的目的，使出水完全达标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的污水处理装置的结构示意图；
图2为本发明实施例3中的混合柱的结构示意图；
图3为本发明实施例4中的气液射流器的结构示意图；
图4为本发明实施例5提供的污水处理***的连接结构示意图。
图标：10-污水泵；20-气液射流器；30-气液混合器；31-混合柱；32-螺旋叶片；40-氧化单元；50-臭氧制备单元。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的一个方面提供了一种污水处理装置，包括气液混合单元和与所述气液混合单元连接的氧化单元；所述气液混合单元包括依次连接的污水泵、气液射流器和气液混合器；所述气液混合器包括至少一个混合柱，所述混合柱内设有螺旋叶片。
本发明中的污水处理装置通过单独设置气液混合单元，以使氧化气体(例如臭氧)与污水在气液混合单元中的气液混合器内充分混合。该气液混合器是由至少一个的混合柱组成的，且混合柱内设有螺旋叶片，臭氧与污水在混合柱内通过螺旋叶片的分流作用混合均匀，然后再进入氧化单元进行反应。由于本发明中的气液混合器内设有螺旋叶片，因此，可以使臭氧与污水充分混合，可以有效提高臭氧的利用率，进而降低污水处理成本并提高污水处理效果。
本发明中，混合柱的数量典型但非限制性的例如为：1个、2个、3个、4个、5个、7个、9个、11个、或15个。
作为本发明优选的实施方式，所述螺旋叶片包括左螺旋叶片和右螺旋叶片，所述左螺旋叶片和所述右螺旋叶片在所述混合柱内沿所述混合柱的轴向方向交替设置。通过在混合柱内交替设置左螺旋叶片和右螺旋叶片，可以不断改变氧化气体和液体的流向，使两者在流动中不断发送碰撞，以进一步提高氧化气体与液体混合的均匀度。
左螺旋叶片与右螺旋叶片可以以任意角度交替设置，当气液混合物由左螺旋叶片的区域流向右螺旋叶片的区域时，气液混合物就会撞击到右螺旋叶片上，从而改变流向，进而使混合更加均匀。
其中，每个混合柱内可以设置多个左螺旋叶片和右螺旋叶片，交替设置的螺旋叶片的数量越多，气液混合后的均匀度越高。
作为本发明优选的实施方式，所述左螺旋叶片和所述右螺旋叶片在所述混合柱内以90°角错位交替设置。当左螺旋叶片和所述右螺旋叶片在所述混合柱内以90°角错位交替设置时，气液混合物受到的冲击力最大，可以进一步提高混合的均匀度。
上述90°交错设置是指前一个螺旋叶片的后缘与后一个螺旋叶片的前缘相差90°。例如，前一个为左螺旋叶片，后一个为右螺旋叶片，则左螺旋叶片的后缘与右螺旋叶片的前缘相差90°。
作为本发明优选的实施方式，所述螺旋叶片为180°扭曲的螺旋叶片。180°扭曲可增加螺旋叶片的旋转角度，进而提高气液混合物的均匀度。
作为本发明优选的实施方式，所述气液混合器的横纵比为0.1-0.15，体积分率为10-20％。这样的设计可以有效克服气液流体间的界面张力，确保气液两相达到充分混合。
在本发明的上述优选实施方式中，气液混合器的横纵比典型但非限制性的例如为：0.1、0.11、0.12、0.13、0.14或0.15；气液混合器的体积分率典型但非限制性的例如为：10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。
作为本发明优选的实施方式，所述气液射流器的流量比为0.35-0.45，扬程比为0.25-0.35，面积比为2.5-3.5。
其中，气液射流器的流量比典型但非限制性的例如为：0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44或0.45；气液射流器的扬程比典型但非限制性的例如为：0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34或0.35；气液射流器的面积比典型但非限制性的例如为：2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4或3.5。
作为本发明优选的实施方式，所述气液射流器中喷嘴入口直径d0为(1.3-1.6)d，进气口直径D1为(2.4-2.6)d，渐缩段直径D2为(2.9-3.1)d，混合室直径D3为(1.85-2.1)d，扩散管直径D4为(3.4-3.6)d；其中，d为喷嘴出口直径。
上述气液射流器中喷嘴入口直径d0典型但非限制性的例如为：1.3d、1.4d、1.5d或1.6d；气液射流器的进气口直径D1典型但非限制性的例如为：2.4d、2.45d、2.5d、2.55d或2.6d；气液射流器的渐缩段直径D2典型但非限制性的例如为：2.9d、2.95d、3.0d、3.05d或3.1d；气液射流器的混合室直径D3典型但非限制性的例如为：1.85d、1.9d、1.95d、2.0d、2.05d或2.1d；气液射流器的扩散管直径D4典型但非限制性的例如为：3.4d、3.45d、3.5d、3.55d或3.6d。
现有处理设备中的气液射流器大多依靠经验公式计算各部分尺寸，往往真正应用时无法满足高效率传质的要求，而本发明优选实施方式提供的气液射流器以计算流体力学理论为设计基础，通过仿真模拟验证设计，减免了大量的实验摸索过程。进而达到高效传质的要求。
作为本发明优选的实施方式，所述气液射流器中喷嘴入口直径d0为1.5d，进气口直径D1为2.5d，渐缩段直径D2为3.0d，混合室直径D3为2.0d，扩散管直径D4为3.5d；其中，d为喷嘴出口直径。通过进一步优化气液射流器的尺寸参数，可以进一步提高气液两相传质的效率，进而缩短混合时间，提高处理效率。
作为本发明优选的实施方式，所述氧化单元包括催化氧化反应器；可选地，所述催化氧化反应器为固定床催化氧化柱。
作为本发明优选的实施方式，所述固定床催化氧化柱中填充有催化填料，所述催化填料的体积为柱体体积的20％-30％；可选地，所述催化填料包括氧化铝、无机粘结剂和有机粘结剂；可选地，所述催化填料还包括有二氧化锰催化剂；可选地，所述氧化铝的比表面积为380-420m2/g，优选为390-410m2/g，进一步优选为400m2/g。添加催化填料可以促进臭氧自由基链式反应的发生，提高臭氧利用效率。含有氧化铝的催化填料机械强度较高，同时其比表面积较大，能促进氧化气体与污水的充分反应。另外，催化填料中同时负载二氧化锰催化剂，能提供活性位点使污水中的有机物更易与氧化气体反应。
作为本发明优选的实施方式，所述固定床催化氧化柱的柱体直径与所述催化填料的颗粒的直径比为15-20。这样可以保持氧化柱的柱体内床层空隙率较为均匀，有利于催化氧化反应的顺利进行。
作为本发明优选的实施方式，催化氧化柱的结构中，高径比为H/D为10/1，其中H为催化氧化柱的柱体高度，D为催化氧化柱的柱体直径；催化氧化柱的底部安装有砂芯布气板，顶部设置回流管道以增加污水停留时间和臭氧利用效率。
本发明的第二个方面提供了一种污水处理方法，将氧化气体和污水分别引入上述污水处理装置中的气液混合单元，经混合后进入氧化单元进行氧化反应。利用该方法进行污水处理，可以提高臭氧的利用率。
作为本发明优选的实施方式，所述氧化气体包括臭氧。臭氧的氧化能力极强，能够有效去除污水中的有机物。
作为本发明优选的实施方式，所述污水处理方法还包括将氧化气体和污水分别引入气液混合单元后向气液混合单元中通入氧化剂的步骤。氧化剂可以与污水中的有害物质反应，从而进一步提高污水的处理效果。
作为本发明优选的实施方式，氧化剂包括双氧水、次氯酸钠或两者的组合。
本发明的第三个方面提供了一种污水处理***，包括臭氧制备单元和与所述臭氧制备单元连接的上述污水处理装置。
本发明提供的污水处理***可以深度处理印染、化工、制药等工业生产污水，将生物难降解物质高效率去除，达到污水脱色和降低COD的目的，使出水完全达标。
作为本发明优选的实施方式，所述臭氧制备单元包括制氧机和与所述制氧机连接的臭氧发生器，所述制氧机产生的氧气在所述臭氧发生器生成臭氧；所述臭氧发生器连接于气液射流器；可选地，所述制氧机产生的氧气的纯度大于90％；可选地，所述臭氧发生器中生成的臭氧的质量分数大于10％。
制氧机利用变压吸附法提供高纯氧气后供给臭氧发生器，臭氧发生器利用高压电流法生成质量分数大于10％的臭氧。污水由污水泵输送入气液射流器，同时臭氧以微气泡的方式在射流卷吸真空的作用下被吸入气液射流器，气液两股流体在混合柱内部与任选地氧化剂充分混合后送去氧化单元，臭氧在氧化单元内部分解产生单原子氧(O)和羟基自由基(·OH)，这些强氧化性物质能够有效氧化去除污水中的有机污染物。
作为本发明优选的实施方式，所述的制氧机优选为上海康特环保科技发展有限公司生产的制氧机，型号为OW-4TB。其制氧原理是利用变压吸附法将空气中氧气和氮气分离，制得的氧气的纯度大于90％。
作为本发明优选的实施方式，臭氧发生器优选为上海康特环保科技发展有限公司生产的臭氧发生器，型号为SOZ-YB-16G，其工作原理为高压放电制备臭氧，高压放电的频率大于1000Hz，臭氧产量大且能耗低。
下面将结合实施例对本发明提供的污水处理***做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例是一种污水处理装置，包括气液混合单元和与气液混合单元连接的氧化单元40；气液混合单元包括依次连接的污水泵10、气液射流器20和气液混合器30；气液混合器30包括五个混合柱，混合柱内设有螺旋叶片。气液混合器30的横纵比为0.12，体积分率为15％。其中，气液射流器20为常规型号的气液射流器。氧化单元40包括固定床催化氧化柱，其中，固定床催化氧化柱中填充有催化填料，催化填料的体积为柱体体积的23％。催化填料包括氧化铝、无机粘结剂、有机粘结剂和二氧化锰，氧化铝的比表面积为400m2/g。固定床催化氧化柱的柱体直径与催化填料的颗粒的直径比为15。
实施例2
本实施例是一种污水处理装置，包括气液混合单元和与气液混合单元连接的氧化单元；气液混合单元包括依次连接的污水泵、气液射流器和气液混合器；气液混合器包括五个混合柱，混合柱内设有螺旋叶片。螺旋叶片包括左螺旋叶片和右螺旋叶片，左螺旋叶片和右螺旋叶片在混合柱内沿混合柱的轴向方向交替设置，左螺旋叶片和右螺旋叶片在混合柱内以30°角错位交替设置，且螺旋叶片为180°扭曲的螺旋叶片。气液混合器的横纵比为0.12，体积分率为15％。其中，气液射流器为常规型号的气液射流器。氧化单元包括固定床催化氧化柱，其中，固定床催化氧化柱中填充有催化填料，催化填料的体积为柱体体积的23％。催化填料包括氧化铝、无机粘结剂、有机粘结剂和二氧化锰，氧化铝的比表面积为400m2/g。固定床催化氧化柱的柱体直径与催化填料的颗粒的直径比为20。
实施例3
本实施例是一种污水处理装置，与实施例2的区别在于，混合柱31内的螺旋叶片32分左螺旋叶片和右螺旋叶片，其中左螺旋叶片和右螺旋叶片在混合柱31内以90°角错位交替设置，如图2所示，其他与实施例2相同。
实施例4
本实施例是一种污水处理装置，与实施例3的不同之处在于，气液射流器的结构不同。本实施例中的气液混合器的横纵比为0.12，体积分率为15％。气液射流器的流量比为0.40，扬程比为0.30，面积比为3。如图3所示，气液射流器各部位的结构尺寸为：气液射流器中喷嘴入口直径d0为1.5d，进气口直径D1为2.5d，渐缩段直径D2为3.0d，混合室直径D3为2.0d，扩散管直径D4为3.5d；其中，d为喷嘴出口直径。
实施例5
如图4所示，本实施例是一种污水处理***，包括臭氧制备单元50和与臭氧制备单元连接的实施例1中的污水处理装置。臭氧制备单元50包括制氧机和与制氧机连接的臭氧发生器，制氧机产生的氧气在臭氧发生器生成臭氧，臭氧发生器连接于气液射流器20。
实施例6
本实施例是一种污水处理***，包括臭氧制备单元和与臭氧制备单元连接的实施例2中的污水处理装置。其他结构与实施例5相同。
实施例7
本实施例是一种污水处理***，包括臭氧制备单元和与臭氧制备单元连接的实施例3中的污水处理装置。其他结构与实施例5相同。
实施例8
本实施例是一种污水处理***，包括臭氧制备单元和与臭氧制备单元连接的实施例4中的污水处理装置。其他结构与实施例5相同。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种污水处理装置，其特征在于，包括气液混合单元和与所述气液混合单元连接的氧化单元；所述气液混合单元包括依次连接的污水泵、气液射流器和气液混合器；
所述气液混合器包括至少一个混合柱，所述混合柱内设有螺旋叶片。
2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述螺旋叶片包括左螺旋叶片和右螺旋叶片，所述左螺旋叶片和所述右螺旋叶片在所述混合柱内沿所述混合柱的轴向方向交替设置；
优选地，所述左螺旋叶片和所述右螺旋叶片在所述混合柱内以90°角错位交替设置；
优选地，所述螺旋叶片为180°扭曲的螺旋叶片。
3.根据权利要求1或2所述的污水处理装置，其特征在于，所述气液混合器的横纵比为0.1-0.15，体积分率为10-20％。
4.根据权利要求1或2所述的污水处理装置，其特征在于，所述气液射流器的流量比为0.35-0.45，扬程比为0.25-0.35，面积比为2.5-3.5。
5.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述气液射流器中喷嘴入口直径为(1.3-1.6)d，进气口直径为(2.4-2.6)d，渐缩段直径为(2.9-3.1)d，混合室直径为(1.85-2.1)d，扩散管直径为(3.4-3.6)d；
其中，d为喷嘴出口直径。
6.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述氧化单元包括催化氧化反应器；
优选地，所述催化氧化反应器为固定床催化氧化柱；
优选地，所述固定床催化氧化柱中填充有催化填料，所述催化填料的体积为柱体体积的20-30％；
优选地，所述催化填料包括氧化铝、无机粘结剂和有机粘结剂；
优选地，所述催化填料还包括有二氧化锰催化剂；
优选地，所述氧化铝的比表面积为380-420m2/g，优选为390-410m2/g，进一步优选为400m2/g；
优选地，所述固定床催化氧化柱的柱体直径与所述催化填料的颗粒的直径比为15-20。
7.一种污水处理方法，其特征在于，将氧化气体和污水分别引入权利要求1-6任一项所述的污水处理装置中的气液混合单元，经混合后进入氧化单元进行氧化反应。
8.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于，所述氧化气体包括臭氧；
优选地，所述污水处理方法还包括将氧化气体和污水分别引入气液混合单元后向气液混合单元中通入氧化剂的步骤。
9.一种污水处理***，其特征在于，包括臭氧制备单元和与所述臭氧制备单元连接的权利要求1-6任一项所述的污水处理装置。
10.根据权利要求9所述的污水处理***，其特征在于，所述臭氧制备单元包括制氧机和与所述制氧机连接的臭氧发生器，所述制氧机产生的氧气在所述臭氧发生器生成臭氧；所述臭氧发生器连接于气液射流器；
优选地，所述制氧机产生的氧气的纯度大于90％；
优选地，所述臭氧发生器中生成的臭氧的质量分数大于10％。
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