CN102689978A

CN102689978A - 一种高浓度高盐度难降解有机废水处理系统

Info

Publication number: CN102689978A
Application number: CN2012101855686A
Authority: CN
Inventors: 吴迪
Original assignee: Beijing Zhongnong Tianlu Micro-Nano Bubble Water S & T Co Ltd
Current assignee: Beijing Zhongnong Tianlu Micro-Nano Bubble Water S & T Co Ltd
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明提供的一种高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，利用高级氧化技术的原理，将微纳米级的臭氧气泡与超声波协同作用，优化臭氧溶解效率，使高浓度高盐度难降解有机废水得到有效处理。包括微纳米气泡发生器、微纳米气泡反应器、臭氧发生装置以及超声波发生器和换能器，微纳米气泡发生器包括微纳米气泡发生器主机以及曝气头，微纳米气泡发生器主机包括能够实现气液在密闭条件下混合的溶气装置以及与溶气装置连接的增压泵，溶气装置的进气口连接臭氧发生装置，进水口与所述微纳米气泡反应器相连，出水口连接在设置于微纳米气泡反应器内的曝气头上；微纳米气泡反应器内还具有与超声波发生器连接的超声波换能器。

Description

一种高浓度高盐度难降解有机废水处理系统

技术领域

本发明涉及废水处理领域，特别是涉及一种高浓度高盐度难降解有机废水处理系统。

背景技术

高浓度难降解有机废水一直是水处理行业一个较大的难题，同时还含有高盐度的情况下，普通的处理方法更是无法达到处理要求。

一般情况下，废水处理的常规工艺多采用生化处理，传统的生化处理方法对于高浓度难降解有机废水无法达到处理要求，这主要是因为，难降解有机物对于微生物的氧化反应是较难实现的，其稳定的苯环结构、长链结构、或者具有较多的官能团，都阻碍了微生物的氧化过程，如果废水中含有较高的盐度，那么对于微生物而言更是无法承受的，废水中的盐度可以强烈地抑制细菌，使细菌的生长和繁殖条件无法达到，最终导致生化处理系统的崩溃。而采用厌氧生化工艺，对于处理高浓度难降解的有机废水也不能具有很好的水解作用，如果在盐度较高的情况下，产甲烷菌无法正常生长，厌氧反应也受到较大影响。因此，对于高浓度高盐度的难降解有机废水很难采用生化处理工艺。

物理和化学技术在生化方法无法进行的时候显得格外适用，对于高浓度高盐度的有机废水目前国内和国际采用的技术多为蒸发法、反渗透膜过滤法、高级氧化法、萃取法等。蒸发法主要是通过降低饱和蒸汽压、加热等手段，实现废水中污染物的浓缩和分离，在工程应用中经常出现结垢问题；反渗透过滤法是通过在有机膜的一段增加压力克服渗透压，实现水和有机物、盐类的分离，在工程中经常出现膜污染和报废的问题；萃取同样是利用溶质在不同溶剂中的溶解度差异进行污染物的分离和富集，萃取法国内应用的案例较少，主要是因为废水的水量较大，同时萃取剂较为昂贵，工程对反应条件的要求较高，这些方法虽然能够使废水中的污染物分离，水质得到净化，但是污染物本身并没有变化，经过浓缩后依旧难以处理，形成二次污染。

高级氧化技术（Advanced Oxidation Process，简称AOP）被定义为可产生大量羟基自由基（HO^·自由基）的技术过程，即利用各种光、声、电、磁等物理和化学过程产生大量自由基，进而利用自由基的强氧化特性对废水中有机物进行降解的技术过程。高级氧化技术是通过不同途径产生羟基自由基（HO^·）的过程。HO^·自由基一旦形成，会诱发一系列的自由基链反应，攻击水体中的各种有机污染物，直至降解为二氧化碳、水以及其它矿物盐。另外，HO^·自由基无选择地直接氧化废水中的有机污染物，反应完全且不会产生二次污染，还可以与其它技术联合使用进而产生更好的处理效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，利用高级氧化技术的原理，将微纳米级的臭氧气泡与超声波协同作用，优化臭氧溶解效率，针对高浓度高盐度难降解有机废水进行深度氧化处理，有效解决高浓度高盐度难降解有机废水处理的难题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，包括盛装有高浓度高盐度难降解有机废水的微纳米气泡反应器、微纳米气泡发生器、臭氧发生装置以及超声波发生器和超声波换能器，所述微纳米气泡发生器包括微纳米气泡发生器主机以及微纳米气泡曝气头，所述微纳米气泡发生器主机包括能够实现气液在密闭条件下混合的溶气装置以及与溶气装置连接的提供动力的增压泵，所述溶气装置的进气口连接臭氧发生装置，进水口通过管路与所述微纳米气泡反应器相连，出水口通过管路连接在设置于所述微纳米气泡反应器内的曝气头上；所述超声波换能器也设置于所述微纳米气泡反应器内，并与所述超声波发生器通过管路连接；所述超声波换能器与微纳米气泡曝气头在微纳米气泡反应器中产生协同作用，所述协同作用是指所述微纳米气泡发生器通过曝气头在增压泵特定压力下产生的臭氧微纳米气泡在超声波发生器和换能器产生的特定频率和功率的超声波环境中能够迅速缩小和破灭。

所述臭氧发生装置包括臭氧发生器和与臭氧发生器连接的纯氧供应装置，所述纯氧供应装置为能提供稳定流量的氧气浓度>90%的纯氧制氧机、纯氧发生器、纯氧储罐或纯氧钢瓶；所述臭氧发生器能够产生质量百分比>5%的高浓度臭氧。

所述微纳米气泡发生器的溶气装置为文丘里射流器；所述与文丘里射流器连接的增压泵为离心泵，所述增压泵产生的特定压力的压力范围在0.2MPa～1.0MPa之间。

所述微纳米气泡发生器的曝气头在微纳米气泡反应器中产生的微纳米臭氧气泡直径为40～50μm。

所述超声波发生器产生的特定频率和功率是指频率为3.0～3.5MHz，单位面积输出功率为1mW/cm²～290W/cm²；所述超声波换能器为探头式换能器或震板式换能器；所述超声波换能器设置在微纳米气泡反应器内水面30cm以下位置。

所述微纳米气泡反应器内还集成有活性炭过滤装置；所述溶气装置的进水口位于所述活性炭过滤装置的左侧区域，所述曝气头和换能器均位于活性炭过滤装置的右侧区域。

所述微纳米气泡反应器的出水口还连接包含有所述活性炭过滤装置的过滤罐。

所述活性炭过滤装置为果壳烧制的颗粒活性炭过滤层，所述颗粒活性炭上负载催化剂。

所述微纳米气泡反应器还连接用于监测微纳米气泡反应器水相温度的温度控制仪。

所述微纳米气泡反应器为间歇式反应器或连续流式反应器；所述间歇式反应器或连续流式反应器为敞开式容器或密闭式容器，所述微纳米气泡反应器容器的容积为水力停留时间达到5min～60min，最长水力停留时间达到60min～300min。

本发明的技术效果：

本发明提供的一种高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，通过微纳米气泡发生器与高臭氧发生装置结合，产生大量微米和纳米级的臭氧气泡，并通过特定频率和功率的超声波发生器以及换能器，与臭氧微纳米气泡协同作用，使微纳米气泡发生器通过曝气头在增压泵特定压力下产生的臭氧微纳米气泡在超声波发生器和换能器产生的特定频率和功率的超声波环境中能够迅速缩小和破灭,形成大量具有超强氧化能力的羟基自由基，与废水中的有机污染物进行氧化反应，最终将污染物氧化分解为H₂O和CO₂，达到对高浓度高盐度难降解有机废水得到有效处理；还增加活性炭过滤装置，通过活性炭的催化和吸附功能，在反应过程中进行多次过滤和循环，可以实现对含高浓度有机物的废水、含高浓度有机物并含有高盐度的废水、难降解有机废水、及其他有机物废水的有机物的有效降解，去除率可以达到80%以上，可以在化工、食品、生物制药、有机合成等领域广泛应用，无二次污染，解决高浓度高盐度有机废水处理的难题。并可与反渗透膜工艺、蒸发工艺结合，实现水处理的不同要求。

附图说明

图1为本发明的高浓度高盐度难降解有机废水处理系统实施例示意图。

附图标记列示如下：1-纯氧制氧机/液氧罐，2-臭氧发生器，3-微纳米气泡发生器主机，4-微纳米气泡曝气头，5-微纳米气泡反应器，6-活性炭过滤装置，7-超声波发生器，8-超声波换能器（探头/震板），9-温度控制仪，10-增压泵，11-微纳米气泡溶气装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明高浓度高盐度难降解有机废水处理系统实施例示意图。一种高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，包括盛装有高浓度高盐度难降解有机废水的微纳米气泡反应器5、微纳米气泡发生器、臭氧发生装置以及超声波发生器7和超声波换能器8，微纳米气泡发生器包括微纳米气泡发生器主机3以及微纳米气泡曝气头4，微纳米气泡发生器主机3包括能够实现气液在密闭条件下混合的溶气装置11以及与溶气装置连接的提供动力的增压泵10，臭氧发生装置包括臭氧发生器2和与臭氧发生器连接的纯氧供应装置1，臭氧是通过臭氧发生器2产生，而臭氧发生器2的氧气气源来自与臭氧发生器连接的纯氧供应装置1，纯氧供应装置1为能提供稳定流量的氧气浓度>90%的纯氧制氧机、纯氧发生器、纯氧储罐或纯氧钢瓶；臭氧发生器2能够产生质量百分比>5%的高浓度臭氧，最好是浓度为10%以上；溶气装置11的进气口连接臭氧发生装置中的臭氧发生器2，进水口通过管路与微纳米气泡反应器5相连，出水口通过管路连接在设置于微纳米气泡反应器5内的曝气头4上；超声波换能器8也设置于微纳米气泡反应器5内，并与超声波发生器7通过管路连接；微纳米气泡曝气头4、与超声波换能器8必须在微纳米气泡反应器5中产生协同作用，以达到特定的反应效率，协同作用是指微纳米气泡发生器通过曝气头在增压泵特定压力下产生的臭氧微纳米气泡在超声波发生器和换能器产生的特定频率和功率的超声波环境中能够迅速缩小和破灭。虽然臭氧微纳米气泡和超声波对于水质中的有机物去除都分别有效果，但是效果都不理想，本发明采用两者的联合协同作用，其效果要远远大于臭氧微纳米气泡和超声波的分别作用。

本实施例的溶气装置为文丘里射流器，与文丘里射流器连接的增压泵为离心泵，文丘里射流器是一种具有高效率的气液混合溶解装置，以水为介质，在溶气装置中通入一定浓度的臭氧或者纯氧气条件下，通过与溶气装置连接的增压泵产生的特定压力的作用，微纳米气泡发生器的曝气头在微纳米气泡反应器中可以产生直径在40～50μm的气泡，这些气泡在水介质中具有很高的溶解特性。通过微纳米气泡发生器在微纳米气泡反应器中形成的臭氧微小气泡，在特定频率和功率的超声波发生器和换能器的工作条件下，臭氧以及臭氧与超声波产生的大量羟基自由基与废水中的有机污染物进行氧化反应，最终将污染物氧化分解为H₂O和CO₂，达到对高浓度高盐度难降解有机废水得到有效处理。本实施例中，增压泵产生的特定压力是指压力范围在0.2MPa～1.0MPa之间；特定频率和功率的超声波是指超声波发生器产生的频率为3.0～3.5MHz，单位面积输出功率为1mW/cm²～290W/cm²；超声波换能器可以采用探头式换能器或震板式换能器，超声波换能器要设置在微纳米气泡反应器内水面30cm以下位置；溶气装置的进气口通入的气体与进水口通入的液体的气水比主要根据臭氧投加量来确定，通常条件下的气水比为1：100，特殊条件下的气水比为1:20～1:1400，如果单位水体需要投加较高绝对量的臭氧，那么就需要气水比比值较大，如1:20，反之，则气水比比值较小，如1:1400。但不是每种气水比都有最好效率，气水比在1:100效率最高。

微纳米气泡反应器5内还集成有活性炭过滤装置6；本实施例的活性炭过滤装置为果壳烧制的颗粒活性炭过滤层，溶气装置11的进水口位于所述活性炭过滤装置的左侧区域，曝气头和换能器均位于活性炭过滤装置的右侧区域，在反应过程中进行多次过滤和循环，也可以单独采用过滤罐形式，包含有活性炭过滤装置的过滤罐与微纳米气泡反应器的出水口相连，使微纳米气泡反应器处理后的出水经过活性炭过滤装置吸附和过滤形成出水，或者两种形式并用。颗粒活性炭上可以负载催化剂。将臭氧与活性炭联合使用，主要是通过活性炭催化臭氧进行氧化过程，使反应效率大幅提高，同时活性炭具有吸附污染物，使臭氧集中处理的作用。本实施例的微纳米气泡反应器5，可以是敞开的容器，也可以是密闭的容器，微纳米气泡反应器容器的容积和处理水量以及处理废水的污染物浓度有关，因此容积不固定。一般条件下满足水力停留时间为5min～60min，在水质较差的条件下，水力停留时间要达到60min～300min。微纳米气泡反应器5还连接温度控制仪9，用于监测微纳米气泡反应器水相温度，本发明中合适的温度范围是保持水温小于30摄氏度。

通过上述本发明实施例的描述可以看出，本发明实施例中通过微纳米气泡发生器主机内包含的增压泵和溶气装置，将废水作为介质，在增压过程中与高浓度臭氧气体混合，并最终通过微纳米气泡曝气头将微米和纳米级臭氧气泡注入到微纳米气泡反应器中，在微纳米气泡反应器中还设置了特定频率和功率的超声波换能器，臭氧与超声波在微纳米气泡反应器中协同作用，针对高浓度有机废水进行深度氧化处理，设备安装简便，操作方便，可以有效解决高浓度难降解有机废水无法处理的难题。

微纳米气泡反应器5可以是间歇式反应器，也可以设计为连续流式反应器，本实施例仅为间歇式反应器的运行模式。当微纳米气泡反应器5为连续流反应器时，那么只需要在微纳米气泡反应器5上设置一个进水口和一个出水口，就可以实现此系统的连续流，进水口可以设置在微纳米气泡发生器主机3进水口位置，出水口可以设置在微纳米气泡反应器5的下方，这样可以避免短流的情况发生，以保证稳定的出力效果。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims

1.一种高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，包括盛装有高浓度高盐度难降解有机废水的微纳米气泡反应器、微纳米气泡发生器、臭氧发生装置以及超声波发生器和超声波换能器，所述微纳米气泡发生器包括微纳米气泡发生器主机以及微纳米气泡曝气头，所述微纳米气泡发生器主机包括能够实现气液在密闭条件下混合的溶气装置以及与溶气装置连接的提供动力的增压泵，所述溶气装置的进气口连接臭氧发生装置，进水口通过管路与所述微纳米气泡反应器相连，出水口通过管路连接在设置于所述微纳米气泡反应器内的曝气头上；所述超声波换能器也设置于所述微纳米气泡反应器内，并与所述超声波发生器通过管路连接；所述超声波换能器与微纳米气泡曝气头在微纳米气泡反应器中产生协同作用，所述协同作用是指所述微纳米气泡发生器通过曝气头在增压泵特定压力下产生的臭氧微纳米气泡在超声波发生器和换能器产生的特定频率和功率的超声波环境中能够迅速缩小和破灭。

2.根据权利要求1所述的高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，所述臭氧发生装置包括臭氧发生器和与臭氧发生器连接的纯氧供应装置，所述纯氧供应装置为能提供稳定流量的氧气浓度>90%的纯氧制氧机、纯氧发生器、纯氧储罐或纯氧钢瓶；所述臭氧发生器能够产生质量百分比>5%的高浓度臭氧。

3.根据权利要求2所述的高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，所述微纳米气泡发生器的溶气装置为文丘里射流器；所述与文丘里射流器连接的增压泵为离心泵，所述增压泵产生的特定压力的压力范围在0.2MPa～1.0MPa之间。

4.根据权利要求3所述的高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，所述微纳米气泡发生器的曝气头在微纳米气泡反应器中产生的微纳米臭氧气泡直径为40～50μm。

5.根据权利要求4所述的高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，所述超声波发生器产生的特定频率和功率是指频率为3.0～3.5MHz，单位面积输出功率为1mW/cm²～290W/cm²；所述换能器为探头式换能器或震板式换能器；所述超声波换能器设置在微纳米气泡反应器内水面30cm以下位置。

6.根据权利要求5所述的高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，所述微纳米气泡反应器内还集成有活性炭过滤装置；所述溶气装置的进水口位于所述活性炭过滤装置的左侧区域，所述曝气头和换能器均位于活性炭过滤装置的右侧区域。

7.根据权利要求6所述的高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，所述微纳米气泡反应器的出水口还连接包含有所述活性炭过滤装置的过滤罐。

8.根据权利要求7所述的高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，所述活性炭过滤装置为果壳烧制的颗粒活性炭过滤层，所述颗粒活性炭上负载催化剂。

9.根据权利要求1至8之一所述的高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，所述微纳米气泡反应器还连接用于监测微纳米气泡反应器水相温度的温度控制仪。

10.根据权利要求9所述的高浓度高盐度难降解有机废水处理系统，其特征在于，所述微纳米气泡反应器为间歇式反应器或连续流式反应器；所述间歇式反应器或连续流式反应器为敞开式容器或密闭式容器；所述微纳米气泡反应器容器的容积为水力停留时间达到5min～60min，最长水力停留时间达到60min～300min。