一種聲、光、臭氧耦合處理有機廢水的裝置及其方法與流程

本發明屬于廢水處理技術領域，具體涉及一種聲、光、臭氧耦合處理有機廢水的裝置及其方法，本發明特別適合用于生物難降解、濃度高的有機廢水處理。

背景技術：

工業生產中排放的有機廢水處理一直是困擾企業的環保難題，也是水污染控制的技術難題，現有的工業化技術主要有芬頓類試劑氧化、臭氧氧化、電化學氧化等。其中，芬頓類試劑氧化是應用最廣泛的一種技術，主要是因為該技術初期投資費用低，但是在運營期間需要投加大量的藥劑，運行費用較高，而且還會產生大量的污泥，此類污泥含有有害物質需參照危廢進行管理和處置，又進一步增加了企業運行成本，另外，隨著全社會對環保的日益重視，企業污水處理提標改造勢在必行，很多地方政府已經要求企業提高污水處理排放標準，僅使用芬頓類試劑氧化的技術處理廢水并不能滿足新的排放標準要求，因此急需開發新的技術來解決這一難題。

臭氧氧化作為一種高級氧化技術，在給水處理中使用較多，近些年逐漸應用在廢水處理領域，取得了較好的效果，但是該技術易受到各種客觀條件影響，造成臭氧的利用率低，投加量遠遠大于理論需要量，導致運行成本升高并有大量的剩余臭氧排入大氣污染環境空氣。限制了該技術的推廣應用。

超聲波氧化技術集高級氧化、焚燒、超臨界氧化于一體，具有操作簡單方便、無二次污染等優點，但是氧化效率較低，尤其是單獨使用超聲波氧化技術處理污水很難達到理想的處理效果，因此，該技術通常與其他高級氧化技術耦合作用，能夠處理多種工業有機廢水。

工業廢水成分復雜，污染物種類較多, 單獨使用某一種技術很難達到理想的處理效果，無法滿足越來越高的環保排放標準要求，因此，多項技術聯合研究被關注，已有文獻報道用超聲波、臭氧和紫外光協同處理有機廢水的工藝和裝置，處理效果要比單一技術有所提高，但是并不顯著；另外，臭氧利用率較低，剩余臭氧排空也會帶來大氣污染問題；第三，在較厚的反應器壁外置超聲波振子也降低了超聲波的空化等作用，損失大量聲能量。由于上述問題使得該聯合處理方法協同處理效率大大降低，不能真正發揮三種技術耦合的作用。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決上述現有技術的不足，提出一種聲、光、臭氧耦合處理有機廢水的裝置及其方法，該方法采用超聲波氧化、臭氧氧化、紫外光氧化耦合作用機制，內置超聲波振板，將三種高級氧化技術協同用于處理高濃度、難降解的工業有機廢水，并采用臭氧循環氧化技術提高臭氧利用率，減少臭氧的排放，降低工業有機廢水處理費用，提高處理效果，保障企業廢水處理達到新排放標準要求，減輕企業環保壓力，保護生態環境。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種聲、光及臭氧耦合處理有機廢水的裝置，該裝置包括：

用于調節廢水pH值的廢水調節池；

用于預氧化廢水中小分子有機物和破壞大分子有機物、并使廢水中的臭氧達到飽和濃度的臭氧預氧化反應系統；

用于超聲波、臭氧、紫外光耦合氧化廢水、大幅度降低廢水中有機物濃度、實現深度氧化處理廢水目標的耦合氧化反應系統；

清水池；

所述廢水調節池、臭氧預氧化反應系統、超聲波-紫外光-臭氧耦合氧化反應系統和清水池由左向右依次連接設置。

一種聲、光及臭氧耦合處理有機廢水的方法，該方法包括以下步驟：

①、廢水排入廢水調節池后用堿液或酸液調節pH在4-6之間，廢水池中調節好pH的廢水經過水泵送入臭氧預氧化反應系統；

②、開啟臭氧發生器，調節臭氧發生量為5g/h-15g/h，臭氧預氧化反應系統內的廢水經過臭氧預氧化后臭氧達到飽和濃度，然后泵入耦合氧化反應系統；

③、臭氧預氧化反應系統內剩余的臭氧從頂部排空管線排入耦合氧化反應系統，開啟超聲波發生器電源和紫外燈電源，使得臭氧氧化、超聲波氧化和紫外光氧化耦合氧化處理廢水，停留時間根據廢水處理效果確定，廢水達到處理效果后通過閥門排放到清水池。

步驟①中所用的酸液為5-20%濃度的硝酸或者5-20%濃度的硫酸，所用的堿液為10-20%的氫氧化鈉或者5-20%的濃度的碳酸鈉。

本發明提供的技術方案有以下優點：

（1）、本發明采用臭氧、紫外光、超聲波耦合氧化作用處理有機廢水，能夠徹底將有機物礦化，尤其是生物難降解的有毒有害有機物，顯著增強三種氧化技術聯合處理有機廢水的效率。

（2）、本發明在工藝前端設置了廢水調節池和臭氧預氧化工序，能夠保證后續耦合氧化工藝的處理效果，進一步提升處理效率。

（3）、廢水調節池具有緩沖池和蓄水池的功能，既可以調節pH值，也可以調節廢水流量，使得后續工藝進水水量、水質穩定。

（4）、臭氧預氧化工藝，能夠分解和破壞一部分有機物，使得廢水臭氧濃度飽和，剩余臭氧循環進入耦合反應池，有利于耦合氧化反應，能夠提高臭氧利用率和減少臭氧排放對大氣的污染。

（5）、耦合氧化反應池設置為六棱柱體結構，六個側面的內測安裝超聲波振板，能加快臭氧液相傳質速率，提高氣液界面能量和物質交換，減少聲能量損失，提高超聲波空化等作用，輔以紫外光照射，從而產生更多的空穴或羥基自由基參與氧化反應，提高有機物礦化能力和效率。

（6）、本發明工藝簡單，不產生二次污染，占地空間小，可以安裝到生產車間直接處理工藝廢水，也可以設置在污水處理站內，進行綜合廢水處理。

（7）、本發明工藝與裝置采用超聲波氧化、光催化氧化、臭氧氧化耦合作用機制，提高強氧化性羥基自由基的產率，同時利用臭氧預氧化和循環氧化作用，提高臭氧利用率。

附圖說明

圖1是本發明一種聲、光、臭氧耦合處理有機廢水的工藝工藝流程圖。

圖2是本發明一種聲、光、臭氧耦合處理有機廢水的裝置示意圖。

圖3是利用本發明工藝處理某染料中間體生產企業排放的化工廢水時，廢水化學需氧量隨著不同停留時間的變化趨勢圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

如圖1所示：一種聲、光及臭氧耦合處理有機廢水的裝置，該裝置包括：

用于調節廢水pH值的廢水調節池a；

用于預氧化廢水中小分子有機物和破壞大分子有機物、并使廢水中的臭氧達到飽和濃度的臭氧預氧化反應系統b；

用于超聲波、臭氧、紫外光耦合氧化廢水、大幅度降低廢水中有機物濃度、實現深度氧化處理廢水目標的耦合氧化反應系統c；

清水池d；

所述廢水調節池a、臭氧預氧化反應系統b、超聲波-紫外光-臭氧耦合氧化反應系統c和清水池d由左向右依次連接設置。

一種聲、光及臭氧耦合處理有機廢水的的方法，該方法包括以下步驟：

1、廢水排入廢水調節池a后用堿液或酸液調節pH在4-6之間，廢水池a中調節好pH的廢水經過水泵送入臭氧預氧化反應系統b；

2、開啟臭氧發生器，調節臭氧發生量為5g/h-15g/h，臭氧預氧化反應系統b內的廢水經過臭氧預氧化后臭氧達到飽和濃度，然后泵入耦合氧化反應系統c；

3、臭氧預氧化反應系統b內剩余的臭氧從頂部排空管線排入耦合氧化反應系統c，開啟超聲波發生器電源和紫外燈電源，使得臭氧氧化、超聲波氧化和紫外光氧化耦合氧化處理廢水，停留時間根據廢水處理效果確定，廢水達到處理效果后通過閥門排放到清水池d。

如圖2所示：所述廢水調節池a主要用于調節廢水pH值，從廢水調節池a的頂端加入酸液或者堿液，所用的酸液為5-20%濃度的硝酸或者5-20%濃度的硫酸，所用的堿液為10-20%的氫氧化鈉或者5-20%的濃度的碳酸鈉。廢水調節池a的左側面上端設置一個第一進水口a1，右側面下端設置第一出水口a2，第一出水口a2依次連接第一閥門a3、第一增壓泵a4，第一增壓泵a4的出水口通過管線依次與第一流量計a5、臭氧預氧化反應系統b的第二進水口b1連接。

所述臭氧預氧化反應系統b主要用于預氧化廢水中小分子有機物和破壞大分子有機物，并使廢水中的臭氧達到飽和濃度；包括臭氧發生器b2和臭氧預氧化反應罐b3，臭氧發生器b2為市售的任何一種臭氧產生量能夠達到15g/h的臭氧發生器，臭氧預氧化反應罐b3是一個密封的反應器，臭氧預氧化反應罐b3的底部裝有一個第一盤式曝氣管b4，臭氧發生器b2通過管線依次連接第一逆止閥b5、第一盤式曝氣管b4；臭氧預氧化反應罐b3的頂部留有排空口b6，排空口b6通過管線依次連接第二閥門b7、氣體增壓泵b8、第二逆止閥b9、耦合氧化反應池c1；臭氧預氧化反應罐b3的左側上端設置有第二進水口b1，第二進水口b1通過管線依次與第一流量計a5、第一增壓泵a4連接。臭氧預氧化反應罐b3的右側中下部設置第二出水口b10，第二出水口b10通過管線依次與第三閥門b11、第二增壓泵b12、第三逆止閥b13連接。

所述耦合氧化反應系統c主要用于超聲波、臭氧、紫外光耦合氧化廢水，大幅度降低廢水中有機物濃度，實現深度氧化處理廢水的目標；包括耦合氧化反應池c1、超聲波發生器c2、超聲波振板c3、紫外燈c4、紫外燈電源c5和石英管c6；所述耦合氧化反應池c1的池體c7是一個六棱柱體，池體c7有六個側面，超聲波振板c3安裝到池體c7的內側面，超聲波振板c3不能小于內側面面積的1/5，六個側面都設置有超聲波振板c3，所述超聲波振板c3通過第一導線c12與超聲波發生器c2連接；所述超聲波發生器c2選用頻率40KHz以上、功率與超聲波振板的功率匹配的市售的任何一種超聲波發生器；所述耦合氧化反應池c1的中心設置一個石英管c6，石英管c6是一端開口的中空管，石英管c6通過池體頂部的固定支架c8固定，石英管c6的開口端朝上，紫外燈c4插入石英管c6腔體內部通過第二導線c9與紫外燈電源c5連接；所述耦合氧化反應池c1的底部安裝有第二盤式曝氣管c12；所述耦合氧化反應池c1池體c7的一個側面設置由第三出水口c10，清水池d通過管線與第三出水口c10連接，在第三出水口c10和清水池d之間設置有第四閥門c11，打開第四閥門c11，處理后的廢水通過第三出水口c10排入清水池d。

以某染料中間體生產企業排放的化工廢水處理為例，具體介紹本發明廢水處理工藝。某染料中間體生產企業排放的化工廢水排入廢水調節池a，用酸液和堿液該廢水的調節pH為4.62，然后開啟第一閥門a3和第一增壓泵a4，用第一流量計a5自帶的調節閥調節廢水流量在1.0L/min-20.0L/min，廢水調節池a中調節好pH的廢水經過第一增壓泵a4送入臭氧預氧化反應系統b的臭氧預氧化反應罐b1，開啟臭氧發生器b2的電源按鈕b14，通過臭氧發生器b2的流量調節閥b15調控臭氧輸出量為5g/h-15g/h，輸出的臭氧氣體通過臭氧預氧化反應罐b1底部布設的第一盤式曝氣管b4進入臭氧預氧化反應罐b1，臭氧與廢水在臭氧預氧化反應罐b1內發生氧化反應并使臭氧達到飽和濃度，廢水在臭氧預氧化反應罐b1停留時間控制在2小時-4小時后，開啟第三閥門b11、第三逆止閥b13和第二增壓泵b12，臭氧飽和的廢水被泵入耦合氧化反應池c1，再開啟第三閥門b11同時開啟第二閥門b7、第二逆止閥b9和氣體增壓泵b8，臭氧預氧化反應罐b1內剩余的臭氧從頂部排空口b6排入耦合氧化反應池c1，開啟超聲波發生器c2電源和紫外燈電源c5，在耦合氧化反應池c1內，使得臭氧氧化、超聲波氧化和紫外光氧化耦合氧化處理廢水，不同停留時間取樣檢測廢水的化學需氧量，結果如圖3所示，停留1小時廢水的化學需氧量去除62%，停留2小時廢水的化學需氧量去除81.5%，停留3小時廢水的化學需氧量去除95.2%，停留4小時廢水的化學需氧量去除99.6%，廢水的化學需氧量由9100mg/L降低到36.4mg/L，達到污水處理一級A排放標準。廢水達到處理效果后通過第四閥門c11排放到清水池d。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。