CN105967272A - 混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法，可有效解决简单、快速、高效对制浆废水的处理问题，方法是，首先将制浆废水加入混频超声反应容器，同时将臭氧通入混频超声反应容器里，在混频超声和臭氧协同作用下，有效降解水中的有机物，处理后的废水再进入驻波超声反应容器，在换能器驻波超声的作用下，小尺寸的絮状物聚集成大尺寸的絮状物；经过滤，除去絮状物，使絮状物与水分离，从而实现对制浆废水的处理；本发明混频超声与臭氧联合在降解有机物的过程中起到了协同增益的效果，驻波声场可以实现絮状物与水的分离，方法简单，易操作使用，效率高，节能，有效减轻或减少了造纸废水对环境的污染。

Description

混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法
技术领域
本发明涉及废水处理，属于超声废水处理领域，特别涉及一种混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法。
背景技术
随着制浆造纸等行业的飞速发展，高浓度难降解的有害废水的产生量也日益增加。随着人们生活水平的提高，对环境的要求也越来越高。国家出台的关于污水排放的标准也愈加严格，污水处理成为了企业生存发展中必须要解决的问题。目前对于高浓度难降解有机污染物的处理主要还是常规的生化法。在利用生化法处理污水的过程不仅会造成环境的二次污染同时还会产生大量的污泥。也就是说，只有将污泥处理好，整个污水的处理才能算彻底完成。而污泥的处理费用占据了整个污水处理的60%以上。随着声化学的兴起，超声作为一种新型的水处理技术进入了人们的视野。超声处理污水主要基于超声的“空化效应”，空化核在崩溃的瞬间能够在局部产生5000K的高温、100MPa以上的高压，这些能量足以断裂有机大分子的化学键，同时还能将水分解成H·和OH·，OH·可以将水中的有机物氧化成二氧化碳和水，同时超声空化提供的局部高温高压还可以将水变成超临界水，超临界水是一种非常理想的反应介质，可以加快化学反应的速率。基于上述的空化效应、自由基氧化以及超临界水，在超声频率、功率、时间合适的情况下，超声可以将水中所有有毒大分子有机物氧化成二氧化碳、水以及其它单质。相比于传统的生化法，超声水处理技术还有一系列的优点，操作简单、适用范围广、不产生二次污染，同时超声还可以与其它技术如臭氧等方法联合使用，可以大大地提高处理效果。
目前超声水处理装置有很多种，但都存着一些问题：有些装置采用单一频率，产生的空化效应强度低，无法完成对不同大小有机物分子以及细胞的处理；有些装置将超声和其它方法联合使用处理水，虽然空化效应和细胞破壁效果都提高了，但却带来了二次污染；也有一些水处理装置采用混频超声，相比于单一频率的超声，混频超声通过倍频、分频波等途径能够产生复杂多变的频率并产生更多的空化效应，对不同尺寸的大分子有机物的降解效果以及不同尺寸的细胞的破壁效果要好的多；还有一些装置采用混频超声与臭氧协同处理废水，溶解在水中的臭氧可以为超声提供空化核，增强空化效应的强度，同时超声可以增加臭氧在水中的溶解度，加快臭氧的分解，产生更多高活性的OH·，因此超声和臭氧协同使用可以提高降解废水中有机物的能力。
但在超声作用之后的污水中出现很多小的絮状物质，这些絮状物质需要沉淀去除之后，水处理才能够完成。如果靠自然沉淀需要很长时间，加入化学药剂可以加速沉淀，但会引入二次污染。综合考虑上述问题，急需设计一套能够简单快速高效处理制浆废水的方法。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法，可有效解决简单、快速、高效对制浆废水的处理问题。
本发明解决的技术方案是，首先将制浆废水加入混频超声反应容器，同时将臭氧通入混频超声反应容器里，在换能器混频超声和臭氧协同作用下，有效降解水中的有机物，处理后的废水再进入驻波超声反应容器，在换能器驻波超声的作用下，小尺寸的絮状物聚集成大尺寸的絮状物，经过滤，除去絮状物，使絮状物与水分离，从而实现对制浆废水的处理。
根据超声波分离技术原理，处于超声驻波场中的悬浮物质会在声辐射力、浮力、重力和液体粘滞阻力的共同作用下，朝向驻波场中的波节面处运动、聚集。经过混频超声与臭氧协同处理过后，水中小的絮状物质在驻波的作用下会在波界面聚集成大的絮状物，通过混频超声与驻波超声联合污水处理装置，在经试验做出的特定工艺条件下，将絮状物和处理后的水进行分离，最终达到污水处理的目的。
本发明的实现方式如下：
首先将制浆废水加入混频超声反应容器，同时将臭氧通入混频超声反应容器里，在混频超声和臭氧协同作用下，有效降解水中的有机物，处理后的废水再进入驻波超声反应容器，在换能器驻波超声的作用下，小尺寸的絮状物聚集成大尺寸的絮状物；经过滤，除去絮状物，使絮状物与水分离，从而实现对制浆废水的处理；
所述混频超声反应容器中和所述驻波超声反应容器中均设置有多个换能器，所述换能器的频率为8kHz-160kHz；所述混频超声反应容器中换能器至少有两种以上的不同频率进行混合；在所述驻波超声反应容器中，相对应的两个换能器平行设置且频率相同，形成驻波场；
所述的每升水中加入臭氧的量为0.1-300mg；
其中，所需要处理的制浆废水的指标如下：PH 9-12,色度600-800，悬浮物1100-3900mg/l，BOD5500-2000mg/l，CODCr15000-100000mg/l。
本发明首次将混频超声、驻波超声与臭氧联合处理制浆废水，混频超声与臭氧联合在降解有机物的过程中起到了协同增益的效果，驻波声场可以实现絮状物与水的分离，方法简单，易操作使用，效率高，节能，有效减轻或减少了造纸废水对环境的污染，经济和社会效益巨大。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
由图1给出，本发明混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法是：首先将制浆废水加入混频超声反应容器里，并通入臭氧，混频超声处理后，再进入驻波超声容器里，经驻波超声，将小尺寸的絮状物聚集成大尺寸的絮状物，经过滤，除去絮状物，使絮状物与水分离，从而实现对制浆废水的处理，处理后的废水达标后，排放，从而减少对环境造成的污染，在具体实施中，可由以下实施例实现。
实施例1
本发明在具体实施中，由以下步骤实现：
（1）混频超声+臭氧联合处理：将需要处理的制浆废水加入混频超声反应容器，并在容器中通入臭氧，在超声功率0.5～1.2kW/m3、频率为12～150kHz，每升水加入臭氧的量为0.1-300mg的条件下处理0.5～5h，降解废水中的大分子有毒有机物；
（2）驻波超声处理：混频超声与臭氧协同处理后的废水进入驻波超声反应容器，在超声功率0.5～1.2kW/m3、频率为12～150kHz下超声反应时间为0.5～5h，将絮状物与处理后的水分离，从而实现对制浆废水的处理。
需要说明的是，本发明的污水处理方法，所需要处理的制浆废水的进水指标需要在如下范围内可以取得良好的效果：PH9-12,色度600-800，悬浮物1100-3900mg/l，BOD5500-2000mg/l，CODCr15000-100000mg/l。
进一步的，所述过滤采用合成孔径滤膜或絮状物水过滤装置进行过滤。
更为优选的，所述混频超声反应容器中，所采用的换能器的频率均不相同，且相邻超声波换能器的频率相差在19%-33%之间。最好的选择为，所采用换能器的频率分别为20kHz、45kHz、60kHz、70kHz和90kHz。
实施例2
本发明在具体实施中，还可由以下步骤实现：
（1）混频超声+臭氧联合处理：将需要处理的制浆废水加入混频超声反应容器，并在容器中通入臭氧，在超声功率0.8～1.0kW/m3、频率为20～100kHz，每升水加入臭氧的量为0.5-200mg的条件下处理1～4h，降解废水中的大分子有毒有机物；
（2）驻波超声处理：打开挡板，混频超声处理后的废水进入驻波超声反应容器，在超声功率0.8～1.0kW/m3、频率为20～100kHz下超声反应时间为1～4h，将絮状物与处理后的水分离，从而实现对制浆废水的处理。
需要说明的是，本发明的污水处理方法，所需要处理的制浆废水的进水指标需要在如下范围内可以取得良好的效果：PH9-12,色度600-800，悬浮物1100-3900mg/l，BOD5500-2000mg/l，CODCr15000-100000mg/l。
实施例3
本发明在具体实施中，也可由以下步骤实现：
（1）混频超声+臭氧联合处理：将需要处理的制浆废水加入混频超声反应容器，并在容器中通入臭氧，在超声功率0.9kW/m3、频率为20和60kHz，每升水加入臭氧的量为20mg的条件下处理3h，降解废水中的大分子有毒有机物；
混频超声处理时，所采用的超声波换能器的频率均不相同，且相邻超声波换能器的频率相差在19%-33%之间；所采用的超声波换能器的频率分别为20kHz、45kHz、60kHz、70kHz和90kHz。在这样的混频选择情况下，对污水的处理效果最好，能够起到超声换能利用效率最高，处理时间相应降低，并且适用于产业化和工业化的处理，综合技术指标以及效益最高。
（2）驻波超声处理：打开挡板，混频超声处理后的废水进入驻波超声反应容器，在超声功率0.9kW/m3、频率为28kHz下超声反应时间为2h，将絮状物与处理后的水分离，从而实现对制浆废水的处理。
需要说明的是，本发明的污水处理方法，所需要处理的制浆废水的进水指标需要在如下范围内可以取得良好的效果：PH9-12,色度600-800，悬浮物1100-3900mg/l，BOD5500-2000mg/l，CODCr15000-100000mg/l。
所述过滤采用合成孔径滤膜或絮状物水过滤装置进行过滤。所述混频超声反应容器中，所采用的换能器的频率均不相同，且相邻超声波换能器的频率相差在19%-33%之间。实施例3采用换能器的频率分别为20kHz、45kHz、60kHz、70kHz和90kHz。
本发明在实际操作中，针对制浆废水的情况，可以随时更换超声反应容器中换能器的频率，可以通过改变换能器的数量来控制超声的功率，同时可以调整加入到水中臭氧的量，通过合理的选择混频超声的频率、功率、臭氧的量以及处理时间和驻波超声部分的超声频率、功率以及处理时间，该方法可以实现对污水高效连续地处理。另外，该方法不仅可以放在污水处理的任意工段还可以与其它污水处理的方法进行联用。
本发明是一种综合运用混频超声和驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法，处理设备占地面积小，处理速度快，而且还可与其它废水处理方法兼容，经测试，处理后的废水COD值为30~50mg/L，氨氮值小于0.8 mg/L，保证出水达到回用要求，实施例3的具体结果见下表：
类别 进水指标 国标 本发明测试结果
1 PH值 9~10 6~9 6.9~7.5
2 色度（稀释倍数） 600 80
3 悬浮物（mg/l） 1780 70 20~40
4 五日生化习量（BOD5，mg/l） 733 50 35
5 化学需氧量（CODCr ，mg/l） 20000~60000 200 30~50
6 氨氮（mg/l） 0.844 15 0.3~0.6
7 总氮（mg/l） 229 18 8
8 总磷（mg/l） 20.3 1.0 0.4
9 可吸附有卤素（AOX、mg/l） 2.93 15 2
完全达到或超过了国家排放标准。
总之，本发明方法操作简单，将混频超声和驻波超与臭氧协同处理制浆废水，缩短了处理时间，提高了处理效果和生产效率，生产效率可提高50%以上，且无二次污染，经济和社会效益巨大。

Claims (7)

1.一种混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法，其特征在于，首先将制浆废水加入混频超声反应容器，同时将臭氧通入混频超声反应容器里，在混频超声和臭氧协同作用下，有效降解水中的有机物，处理后的废水再进入驻波超声反应容器，在换能器驻波超声的作用下，小尺寸的絮状物聚集成大尺寸的絮状物；经过滤，除去絮状物，使絮状物与水分离，从而实现对制浆废水的处理；
所述混频超声反应容器中和所述驻波超声反应容器中均设置有多个换能器，所述换能器的频率为8kHz-160kHz；所述混频超声反应容器中换能器至少有两种以上的不同频率进行混合；在所述驻波超声反应容器中，相对应的两个换能器平行设置且频率相同，形成驻波场；
所述的每升水中加入臭氧的量为0.1-300mg；
其中，所需要处理的制浆废水的指标如下：PH 9-12,色度600-800，悬浮物1100-3900mg/l，BOD5500-2000mg/l，CODCr15000-100000mg/l。
2.根据权利要求1所述的混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法，其特征在于，由以下步骤实现：
（1）混频超声+臭氧联合处理：将需要处理的废水加入混频超声反应容器，并在容器中通入臭氧，在超声功率0.5～1.2kW/m3、频率为12～150kHz，每升水加入臭氧的量为0.1-300mg的条件下处理0.5～5h，降解废水中的大分子有毒有机物；
（2）驻波超声处理：混频超声与臭氧协同处理后的废水进入驻波超声反应容器，在超声功率0.5～1.2kW/m3、频率为12～150kHz下超声反应时间为0.5～5h，将絮状物与处理后的水分离，从而实现对制浆废水的处理。
3.根据权利要求2所述的混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法，其特征在于，由以下步骤实现：
（1）混频超声+臭氧联合处理：将需要处理的废水加入混频超声反应容器，并在容器中通入臭氧，在超声功率0.8～1.0kW/m3、频率为20～100kHz，每升水加入臭氧的量为0.5-200mg的条件下处理1～4h，降解废水中的大分子有毒有机物；
（2）驻波超声处理：打开挡板，混频超声处理后的废水进入驻波超声反应容器，在超声功率0.8～1.0kW/m3、频率为20～100kHz下超声反应时间为1～4h，将絮状物与处理后的水分离，从而实现对制浆废水的处理。
4.根据权利要求1所述的混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法，其特征在于，由以下步骤实现：
（1）混频超声+臭氧联合处理：将需要处理的废水加入混频超声反应容器，并在容器中通入臭氧，在超声功率0.9kW/m3、频率为20和60kHz，每升水加入臭氧的量为20mg的条件下处理3h，降解废水中的大分子有毒有机物；
（2）驻波超声处理：打开挡板，混频超声处理后的废水进入驻波超声反应容器，在超声功率0.9kW/m3、频率为28kHz下超声反应时间为2h，将絮状物与处理后的水分离，从而实现对制浆废水的处理。
5.根据权利要求1所述的混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法，其特征在于，所述的过滤采用合成孔径滤膜或絮状物水过滤装置进行过滤。
6.根据权利要求1所述的混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法，其特征在于，所述混频超声反应容器中，所采用的换能器的频率均不相同，且相邻超声波换能器的频率相差在19%-33%之间。
7.根据权利要求6所述的混频驻波超声与臭氧协同处理制浆废水的方法，其特征在于，所述混频超声反应容器中，所采用的换能器的频率分别为20kHz、45kHz、60kHz、70kHz和90kHz。
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