CN106587447B - 电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电诱导凝聚臭氧气浮‑催化氧化多元耦合水处理系统与方法，通过电诱导作用在水中形成无定型态氢氧化物‑金属离子体系与极性大分子、胶体、乳化油等污染物的共聚体；伴随电诱导凝聚过程所形成的新生态[H]、羟基自由基可对处理水中有机物进行氧化分解；随后溶气水中臭氧与处理水中金属离子形成O₃/Me体系，促使难降解有机物结构破坏，并将其末端惰性基团转变为具有吸附活性的官能团，增强其与电诱导凝聚体的共聚络合能力；溶气回流水系统所形成的均一化微气泡强力附着于水中已形成的共聚络合体系表面，并依靠微气泡的上浮将其带离处理水系统，完成高效固液分离；本发明适应性强，处理水水质好；且操作人员劳动强度较低，操作要领易于掌握。

Description

电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统与方法

技术领域

本发明属于环保水处理处理技术领域，特别涉及一种电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统与方法。

背景技术

一般而言，水中的污染物可分为悬浮物、溶解性污染物、色度以及细菌、病毒等微生物。对于悬浮物和以胶体、乳化油等稳定的分散体系赋存于水中的污染物，最成熟、操作简便且处理成本低廉的技术手段是采用混凝工艺；当水中存在色度时，一般采用氧化的方法进行水中色度的脱除；天然/人工合成的溶解性难降解有机物在水中会通过食物链不断富集，并最终传递至处于食物链顶端的人类，此类物质最常用的处理手段是采用高级氧化技术对其进行氧化分解、使之无害化；存在于水中致病细菌、病毒等微生物则可通过投加消毒剂的方式处理；易生物降解的有机污染物进入水环境后则可通过水体自净作用而较快的去除。

当水中同时存在石油类、SS、色度、难降解有机物时，对废水进行处理使之无害化或再利用则需要组合运用混凝、沉淀、化学氧化等多种处理工艺。这就要求构建多个处理工艺单元和一系列的附属设施，来保障整个处理过程的顺利进行并获得良好的处理效果。对于分散式的废水产生点来说，在处理水量不大的单个站点构建复杂的水处理设施，一方面工程投资大、运行维护费用高；另一方面对单个站点操作人员素质要求严格。对于偏远地区和环境恶劣地区，高素质操作人员的短缺往往是制约水处理站持续稳定运行的关键因素。因此，开发一种能同时有效去除水中SS、乳化油、色度及溶解性难降解有机物等多种污染物的集成化废水处理方法，对保证偏远地区分散式水处理设施运行效果、保障区域水环境质量具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统与方法，通过电诱导作用在水中形成无定型态氢氧化物-金属离子体系与极性大分子、胶体、乳化油等污染物的共聚体；伴随电诱导凝聚过程所形成的新生态[H]、羟基自由基可对处理水中有机物进行氧化分解；随后溶气水中臭氧与处理水中金属离子形成O₃/Me体系，促使难降解有机物结构破坏，并将其末端惰性基团转变为具有吸附活性的官能团，增强其与电诱导凝聚体的共聚络合能力；溶气回流水系统所形成的均一化微气泡强力附着于水中已形成的共聚络合体系表面，并依靠微气泡的上浮将其带离处理水系统，完成高效固液分离；本发明具有适应性强、出水水质好的优点；此外，操作人员劳动强度较低，操作要领易于掌握。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统，包括：

电诱导凝聚区Ⅰ，原水在其中完成电诱导凝聚脱稳；

臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ，完成电诱导凝聚脱稳的处理水在其中实现难降解有机物的臭氧催化氧化；

臭氧加压溶气系统Ⅳ，包括溶气泵9、臭氧发生器8和加压溶气罐10，出臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ的部分处理水进入溶气泵9，臭氧发生器8产生的臭氧混合气体亦进入溶气泵9，被溶气泵9切碎形成微气泡，并在溶气泵9内与处理水进行混合、溶解，再回流至臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ，为臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ提供臭氧溶气回流水。

所述电诱导凝聚区Ⅰ中设置有依靠脉冲电源供电的电诱导凝聚模块1，所述电诱导凝聚模块1包括多个电诱导极板。

所述臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ包括位于底部的配水装置4，臭氧溶气回流水通过配水装置4从底部进入并与处理水均匀混合。

所述臭氧加压溶气系统Ⅳ中，臭氧混合气体被溶气泵9切碎形成尺寸为10～30μm的微气泡，溶气泵9出水进入加压溶气罐10，在罐内高压作用下增加臭氧气体在水中的溶解度，再回流至臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ。

在臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ上方设置刮渣机3，臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ的水中细小悬浮物由微气泡携带上浮形成浮渣，由刮渣机3输送至排渣槽5经过排渣管道排出系统，并进行后续的脱水处理。

本发明还可包括芬顿氧化区Ⅱ，过氧化氢由投加装置7供给并通过分散器2均匀投加至完成电诱导凝聚脱稳的处理水中，进入水中的过氧化氢与水中残存的金属离子形成芬顿氧化体系，对废水中溶解性的难降解有机物进行氧化；该过程持续至臭氧气浮-催化氧化区，进一步与水中溶解性臭氧形成氧化能力更强的O₃/H₂O₂/Me复合作用体系，并实现水中溶解性难降解污染物的分子结构破坏和官能团的化学转化。

本发明中，可以以臭氧发生器-微孔曝气系统、臭氧发生器-射流曝气系统替代臭氧加压溶气系统Ⅳ为臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ提供臭氧溶气回流水。

本发明还提供了一种电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理方法，在一个水处理单元内同步完成电诱导凝聚脱稳、催化氧化和臭氧溶气气浮过程，并实现废水中SS、石油类、胶体、极性大分子、色度、粘度及难降解有机物的去除，其中：

所述电诱导凝聚脱稳过程：金属离子在电场作用下释放入水中形成无定型态氢氧化物-金属离子体系，在电场力驱使下污染物与无定型态氢氧化物-金属离子体系相向运动，相互之间碰撞、捕集、吸附，形成大尺度的聚集体，为后续的气浮高效去除创造基础条件；

所述催化氧化过程：电诱导凝聚脱稳过程所伴随的电子迁移在极板表层形成大量电子空穴，并将极板表面吸附的水和氧催化生成新生态[H]、羟基自由基以及超氧根离子，进而氧化分解处理水中有机物；在气浮区，回流水中溶解性臭氧与电诱导凝聚过程中进入水中的金属离子形成O₃/Me体系以实现难降解有机物的臭氧催化氧化，使难降解有机物结构破坏，并将不饱和共轭官能团转变为羧基类有机物，增强该类物质与电诱导凝聚体的共聚络合能力，提高其气浮去除效果；

所述臭氧溶气气浮过程：臭氧气体经过溶气泵切碎、高压过量溶气、臭氧释压析出等方式，在回流水中形成均一化超细微气泡，随后利用微气泡体系极高的表面自由能，强力附着于水中已形成的共聚络合体系表面，并完成高效固液分离。

根据废水水质情况，在废水经过诱导凝聚脱稳后向水中投加过氧化氢，与水中金属离子、臭氧形成氧化能力更强的O₃/H₂O₂/Me复合作用体系，强化难降解有机物的分子结构破坏和官能团转化，进一步提升水中难降解有机物的去除效果。

所述电诱导凝聚过程中，空塔流速为8～12m/h，电解电压小于36V，水力停留时间为6～12min；

所述催化氧化过程中，臭氧投加量为5～20mg/L；

所述臭氧溶气气浮过程中，溶气水回流比为50～150％，气水比1:9～1:6，停留时间大于20min。

与现有技术相比，本发明在一个水处理单元内同步完成电诱导凝聚脱稳、催化氧化和臭氧溶气气浮过程，并实现废水中SS、石油类、胶体、极性大分子、色度、粘度及难降解有机物的去除；且水质适应性强、运行稳定、处理效果好。

本发明还可降低处理站操作人员的劳动强度，且对运行管理人员知识水平和操作技能要求不高，极易掌握操作要领。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统，包括：电诱导凝聚区Ⅰ、臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ、臭氧加压溶气系统Ⅳ等。

根据该系统结构，本发明水处理过程如下：

首先，废水提升进入电诱导凝聚区Ⅰ，在电诱导凝聚区中设置有电诱导凝聚模块1，并依靠脉冲电源供电。在电源作用下，电诱导极板表面发生电化学反应使得金属极板原子以离子的形式溶于处理水中，部分金属离子与水作用生成无定型态的金属氢氧化物，并进一步络合水中剩余金属离子形成无定型态氢氧化物-金属离子体系；水中极性大分子、胶体、乳化油等在特定的电场力作用下与无定型态氢氧化物-金属离子体系相向运动，相互之间碰撞、捕集、吸附，形成大尺度的聚集体，为后续的气浮高效去除创造基础条件；与此同时，电诱导凝聚过程所伴随的电子迁移可在极板表层形成大量电子空穴，并将极板表面吸附的水和氧催化生成新生态[H]、羟基自由基以及超氧根离子等，进而氧化分解处理水中有机物。

接着，处理水进入臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ，臭氧加压溶气回流水通过配水装置4，从气浮区底部进入并与处理水均匀混合，回流水中溶解性臭氧与电诱导凝聚过程中进入水中的金属离子形成O₃/Me体系以实现难降解有机物的臭氧催化氧化，使难降解有机物结构破坏，并将羰基等不饱和共轭官能团转变为羧基类有机物，增强该类物质与电诱导凝聚体的共聚络合能力，提高其气浮去除效果。

臭氧溶气回流水由臭氧加压溶气系统Ⅳ产生，具体流程为处理水被溶气泵9吸入，与此同时臭氧发生器8所产生的臭氧混合气体亦进入溶气泵9，臭氧混合气体被溶气泵9切碎形成尺寸为10～30μm的微气泡，并在溶气泵9壳内处理水进行混合、溶解；溶气泵出水进入加压溶气罐10，在罐内高压作用下增加臭氧气体在水中的溶解度；臭氧气体经过溶气泵切碎、高压过量溶气、臭氧释压析出等方式，在回流水中形成均一化超细微气泡(＜10μm)，随后利用微气泡体系极高的表面自由能，强力附着于水中已形成的共聚络合体系表面完成高效固液分离。水中细小悬浮物则由微气泡携带上浮形成浮渣，并由刮渣机3输送至排渣槽5经过排渣管道排出系统，并进行后续的脱水处理。

最后，经臭氧气浮-催化氧化同步处理的废水由气浮区底部进入出水槽6，部分处理水回流至臭氧加压溶气系统Ⅳ，其余处理水则排出系统。出水槽的作用是保证气浮区具有适当的液位，确保臭氧气浮的运行效果。此外，臭氧气浮过程中未被利用的臭氧需要进行收集、破坏后，方可排入大气，臭氧的收集可采用在电诱导凝聚区、气浮区设置一体化集气罩的方式予以解决。

此外，根据废水水质情况可在系统内选择性增加芬顿氧化区Ⅱ，具体的：过氧化氢由投加装置7供给并通过分散器2均匀投加至经过电诱导凝聚模块处理后的废水中，进入废水中的过氧化氢与水中残存的金属离子形成芬顿氧化体系，对废水中溶解性的难降解有机物进行氧化；该过程可持续至臭氧气浮-催化氧化区，进一步与水中溶解性臭氧形成氧化能力更强的O₃/H₂O₂/Me复合作用体系，并实现水中溶解性难降解污染物的分子结构破坏和官能团的化学转化；一般而言，设置芬顿氧化区Ⅱ的停留时间小于10min。

在资金有限、对处理水质稳定性要求不高等条件下，臭氧加压溶气系统可改为臭氧发生器-微孔曝气系统、臭氧发生器-射流曝气系统等气浮形式，亦能取得较为满意的处理效果。

本发明中，电诱导凝聚区的停留时间为10～15min，配套电源电压＜36V，电流密度为10～30mA/cm²；臭氧气浮-催化氧化区停留时间20～40min，臭氧投加量5～20mg/L，臭氧溶气水供给量(回流水量)为处理能力的50～150％(回流比)；臭氧溶气水系统的加压溶气罐运行压力为0.2～0.4MPa，停留时间为1～3min。

Claims (8)

1.一种电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统，其特征在于，包括：

电诱导凝聚区Ⅰ，原水在其中完成电诱导凝聚脱稳；

芬顿氧化区Ⅱ，过氧化氢由投加装置(7)供给并通过分散器(2)均匀投加至完成电诱导凝聚脱稳的处理水中，进入水中的过氧化氢与水中残存的金属离子形成芬顿氧化体系，对原水中溶解性的难降解有机物进行氧化；该过程持续至臭氧气浮-催化氧化区，进一步与水中溶解性臭氧形成氧化能力更强的O₃/H₂O₂/Me复合作用体系，并实现水中溶解性难降解污染物的分子结构破坏和官能团的化学转化；

臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ，完成电诱导凝聚脱稳的处理水在其中实现难降解有机物的臭氧催化氧化，包括位于底部的配水装置(4)，臭氧溶气回流水通过配水装置(4)从底部进入并与从底部进入臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ的处理水均匀混合；

臭氧加压溶气系统Ⅳ，包括溶气泵(9)、臭氧发生器(8)和加压溶气罐(10)，出臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ的部分处理水进入溶气泵(9)，臭氧发生器(8)产生的臭氧混合气体亦进入溶气泵(9)，被溶气泵(9)切碎形成微气泡，并在溶气泵(9)内与处理水进行混合、溶解，再回流至臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ，为臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ提供臭氧溶气回流水。

2.根据权利要求1所述电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统，其特征在于，所述电诱导凝聚区Ⅰ中设置有依靠脉冲电源供电的电诱导凝聚模块(1)，所述电诱导凝聚模块(1)包括多个电诱导极板。

3.根据权利要求1所述电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统，其特征在于，所述臭氧加压溶气系统Ⅳ中，臭氧混合气体被溶气泵(9)切碎形成尺寸为10～30μm的微气泡，溶气泵(9)出水进入加压溶气罐(10)，在罐内高压作用下增加臭氧气体在水中的溶解度，再回流至臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ。

4.根据权利要求1所述电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统，其特征在于，在臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ上方设置刮渣机(3)，臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ的水中细小悬浮物由微气泡携带上浮形成浮渣，由刮渣机(3)输送至排渣槽(5)经过排渣管道排出系统，并进行后续的脱水处理。

5.根据权利要求1所述电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统，其特征在于，以臭氧发生器-微孔曝气系统、臭氧发生器-射流曝气系统替代臭氧加压溶气系统Ⅳ为臭氧气浮-催化氧化区Ⅲ提供臭氧溶气回流水。

6.一种基于权利要求1所述电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理系统的电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理方法，其特征在于，在一个水处理单元内同步完成电诱导凝聚脱稳、催化氧化和臭氧溶气气浮过程，并实现废水中SS、石油类、胶体、极性大分子、色度、粘度及难降解有机物的去除，其中：

所述电诱导凝聚脱稳过程：金属离子在电场作用下释放入水中形成无定型态氢氧化物-金属离子体系，在电场力驱使下污染物与无定型态氢氧化物-金属离子体系相向运动，相互之间碰撞、捕集、吸附，形成大尺度的聚集体，为后续的气浮高效去除创造基础条件；

所述催化氧化过程：电诱导凝聚脱稳过程所伴随的电子迁移在极板表层形成大量电子空穴，并将极板表面吸附的水和氧催化生成新生态[H]、羟基自由基以及超氧根离子，进而氧化分解处理水中有机物；在气浮区，回流水中溶解性臭氧与电诱导凝聚过程中进入水中的金属离子形成O₃/Me体系以实现难降解有机物的臭氧催化氧化，使难降解有机物结构破坏，并将不饱和共轭官能团转变为羧基类有机物，增强该类物质与电诱导凝聚体的共聚络合能力，提高其气浮去除效果；

所述臭氧溶气气浮过程：臭氧气体经过溶气泵切碎、高压过量溶气、臭氧释压析出方式，在回流水中形成均一化超细微气泡，随后利用微气泡体系极高的表面自由能，强力附着于水中已形成的共聚络合体系表面，并完成高效固液分离。

7.根据权利要求6所述电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理方法，其特征在于，根据废水水质情况，在废水经过诱导凝聚脱稳后向水中投加过氧化氢，与水中金属离子、臭氧形成氧化能力更强的O₃/H₂O₂/Me复合作用体系，强化难降解有机物的分子结构破坏和官能团转化，进一步提升水中难降解有机物的去除效果。

8.根据权利要求6所述电诱导凝聚臭氧气浮-催化氧化多元耦合水处理方法，其特征在于：

所述电诱导凝聚过程中，空塔流速为8～12m/h，电解电压小于36V，水力停留时间为6～12min；

所述催化氧化过程中，臭氧投加量为5～20mg/L；

所述臭氧溶气气浮过程中，溶气水回流比为50～150％，气水比1:9～1:6，停留时间大于20min。