CN107151037A - 一种激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置及方法。该装置主要由激光发生装置、激光面控制器、壳体、折流板、声能装置、水膜区、激光辐射区、进水管、出水管及排气管道组成。该装置中有多个反应单元，每个反应单元是由折流板、声能装置、激光发生装置、激光辐射区和水膜区构成。该方法利用激光破坏废水中有机物结构，并协同超声作用强化有机物的去除效果。本发明提出的激光协同超声处理高盐高有机物废水装置及方法降低了高盐废水处理中有机组分对废水后续除盐工序的干扰，该装置占地面积小，自动化程度高，操作简便，处理速度快，无二次污染。

Description

一种激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置及方法

技术领域

本发明属于环保与节能技术领域，特别涉及一种激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置及方法。

背景技术

近年来随着水资源的日益紧缺，污水回用工程在我国广泛实施。但当污水中有机物和含盐量较高时，不能满足工业生产、中水回用水质要求，因此如何去除有机物和高盐分在污水回用工作中的重要性愈来愈突出。

面对日益严格的污水排放标准， 高盐有机废水含盐量高的特点为其处理带来了很大的障碍，单一的处理方法在经济和技术上都存在一定的问题。物理化学法中的深度氧化法和膜分离法相对而言占地面积小，处理后基本无二次污染，但高成本和难以工业化制约了它的大规模应用，开发抗污染、长寿命、性能稳定的膜材料和组件是膜分离法能否工业化应用的关键；生物法虽是目前处理高盐有机废水公认的好方法，但其占地面积大，处理效果受气候影响。开发快捷高效的耐盐菌驯化方法和生物反应器，在单一技术研发的基础上，采用多种技术组合的工艺必定是未来处理高盐有机废水的发展方向。因此，业内亟需提供一种能有效处理含高浓度有机物和高盐量废水的方法。

发明内容

本发明所要解决的问题是在现有的处理技术基础上，针对现有技术的不足而提供一种对高浓度有机物、高含盐量废水的处理方法和装置。它提出利用激光技术处理有机物，同时结合超声处理方法，减少后续除盐工艺的干扰因子，其工艺简单，环境污染少。

本发明所采用的技术方案是：

一种激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置与方法，具有这样的特征，包括：装置由激光发生装置、激光面控制器、壳体、折流板、声能装置、激光辐射区、水膜区、排气管道、进水管和出水管组成；装置内包括多级反应单元，每个反应单元由折流板、声能装置、激光发生装置、激光面控制器、激光辐射区、水膜区组成；激光发生装置，设置于壳体外部侧壁；激光面控制器，设置在激光发射装置前端；声能装置设置在壳体外壁的一侧，正对着激光发生装置，声能装置内壁面处形成水膜区；排气管道，作为废气排出口，出口接尾气处理装置。

进一步，本发明的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置还可以具备这样的特征：所述的激光发生装置具有发射激光的作用，不与废水直接接触，可设置一个或多个激光发生装置来加强激光处理效果，同时激光发生装置的波长可根据对应污水水质进行调整更换。

进一步，本发明的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置还可以具备这样的特征：所述的激光面控制器用于对激光束产生扩散作用，形成激光辐射区并保证在水膜区形成激光面，激光面的形状和面积大小可通过激光面控制器调节。

进一步，本发明的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置还可以具备这样的特征：所述的声能装置形成的超声场可穿透壳体内侧壁的水膜区，每个反应单元中声能装置和激光发生装置对应设置；视进出水水质状况而定，可以设置声能装置或不设置声能装置。

进一步，本发明的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置还可以具备这样的特征：所述的折流板为矩形板（或圆形板），每个反应单元设置一块或多块；该折流板均向上倾斜，与箱体呈60°～90°角固定，折流板的进水一侧与箱体无缝接触，出水一侧与箱体保持8mm～12mm的间距，且带有一定折角，与水平面呈15°～30°向下倾斜角，保证水流以较为稳定的流速运行，并在水膜区形成一定水层厚度的水流面，保证激光照射处理。

进一步，本发明的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置还可以具备这样的特征：所述的壳体为长方体或圆柱体，上部进水，下部出水。

进一步，本发明的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置还可以具备这样的特征：所述的反应单元的数量可根据废水中有机物含量高低适量增加或减少。

进一步，本发明的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置还可以具备这样的特征：激光强度可根据废水水质进行调节，激光可破坏废水中有机物分子结构，使其分解为易处理的物质；同时，声能可产生高级氧化作用和吹脱作用，能使废水升温并吹除废水中的挥发性有机物，两者协同工作可高效处理有机物。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置，激光在装置内部瞬间产生极大的爆炸冲击力和加速度，可以提供克服污水中污染物质与水箱内表面间的粘附力所要的加速度，与污水在较短时间内发生反应，所以激光处理能有效难降解有机污染物质。

激光处理是一种“单式”清洗，即前期不需要加入其他化学试剂。

激光处理是一种新型的非接触式的污水处理方式，不存在紫外灯管壁上容易被附着污染物的问题，同时超声能清洗箱体壁面，缓解箱体结垢的问题。

通过调控激光发生装置的工艺参数，可以调节激光能量的大小，另外由于激光发生装置设置在箱体容器外，可实现自动化操作，参数比较容易控制。

激光处理主要产物是二氧化碳和水，不会造成二次污染，满足环保要求。

激光热影响区小，对未照射到的周边材料不发生热作用，也无热损伤。

将激光和超声处理技术结合，超声吹脱处理薄膜状废水可使废水升温并产生空化泡，对废水有一定搅拌作用，还能同时协同激光处理废水，可加强有机物的去除效果，避开了常规氯离子对有机物降解的干扰。

附图说明

图1是本发明所述激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置主视图；

附图标记：

1-激光发生装置；2-激光面控制器；3-壳体；4-折流板；5-进水管；6-排气管道；7-声能装置；8-水膜区；9-激光辐射区；10-出水管

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式详细说明本发明的优选实施例。

图1是本发明所述激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置的主视图。

如图1所示，本发明提供了一种激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置及方法，其中激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置包括：激光发生装置1；激光面控制器2、壳体3、折流板4、进水管5、排气管道6、声能装置7、水膜区8、激光辐射区9、出水管10，装置包括多个反应单元，每个反应单元由折流板4、声能装置7、激光发生装置1、激光面控制器2、激光辐射区9、水膜区8组成。

激光发生装置1设置于壳体外部侧壁，用于发射激光，不与废水直接接触，可设置一个或多个激光发生装置来增强激光强度，激光发生装置1的波长可根据对应污水水质进行调整更换。

激光发生装置1前端是激光面控制器2，用于对激光束产生扩散作用，增大激光辐射区并保证在水膜区形成激光面，激光面的形状和面积大小可通过激光面控制器2来调节。

声能装置7设置在壳体3外壁的一侧，声能装置7内壁面处形成水膜区8，声能装置7形成的超声场可穿透壳体内侧壁的水膜区8，每个反应单元中声能装置和激光发生装置对应设置。

折流板4设置于内壁面，为矩形（或圆形板），每个反应单元设置一块或多块；折流板均向上倾斜，与箱体呈60°～90°角固定，其中进水一侧与箱体无缝接触，出水一侧与箱体保持8mm～12mm的间距，且带有一定折角，与水平面呈15°～30°角向下倾斜，使减缓水流速度并在水膜区形成一定水层厚度的水流面，保证激光照射处理。

排气管6和进水管5设置在装置的顶部，且进水管设置在靠近折流板4一侧，出水管10设置在装置底部。

本发明的工作原理简述：

如图1所示，高盐高有机废水由进水管5进入装置内部，流入折流板4上，进行第一个反应单元的处理反应，经折流板4的水流控制作用，随折流板4边缘和壳体3内壁之间的间隙流走，水流在流经此间隙时，在内壁面上形成约10mm的水膜区8。激光从水膜区8正对方向射出，通过激光面控制器2使激光束扩散形成激光辐射区9，并使其以激光面的形式照射到水膜区8的水流层上，使激光能作用于水膜上，给废水中有机物分子提供能量，加剧分子间的不规则运动，从而破坏有机物化学键和分子结构，水中的难降解有机物被迅速分解为小分子有机物或者直接矿化为水和二氧化碳。同时，水膜区8对应的外部侧壁上设有声能装置7，声能作用穿透水膜区8的水层，产生大量高能中间产物协同激光能降解水中有机物，破坏分子中的难分解结构。同时，声能装置7对流过该水膜区8的水流进行加热和吹脱作用，可有效吹脱水中挥发性污染物，以气态形式从壳体顶部的排气管道6排出，进入废气处理装置。

经水膜区8反应后的废水继续流入下一个反应单元的折流板4，进行二级反应，反应壳体中可视进水水质和处理要求而设置多个反应单元，以提升废水中有机物的降解效率。

实施例作用与效果

根据以上实施例提供的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置及方法，可以实现激光技术与超声处理工艺的结合，通过激光场和超声场的协同作用提高对高浓度有机物、高含盐量废水的处理效果。本发明实现了高效处理有机物的目的，采用多级反应，废水在每个反应单元都经激光和超声协同处理，达到分解难降解有机物和吹脱的挥发性污染物的目的。另外，利用本发明提出激光协同超声处理高盐量高有机废水处理装置进行实验，当运行含盐量：15-20%、COD浓度：1200mg/L，氨氮：400mg/L的高盐高浓度化工废水时，进行连续试验，处理效果稳定，COD去除效率稳定在65%～85%，氨氮去除率稳定在75%-90%，出水无臭味，可自动化控制，运行可靠，不会造成二次污染。

这里对本发明的描述和应用是说明性的，而非想将发明的范围限制在上述实施例中。本发明领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明技术方案的实质和范围的情况下，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换。

Claims (8)

1.一种激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置，其特征在于，包括：

装置由激光发生装置（1）、激光面控制器（2）、壳体（3）、折流板（4）、声能装置（7）、激光辐射区（9）、水膜区（8）、排气管道（6）、进水管（5）和出水管（10）组成；

装置内包括多级反应单元，每个反应单元由折流板（4）、声能装置（7）、激光发生装置（1）、激光面控制器（2）、激光辐射区（9）、水膜区（8）组成；

激光发生装置（1），设置于壳体（3）外部侧壁；

激光面控制器（2），设置在激光发射装置（1）前端；

声能装置（7）设置在壳体（3）外壁的一侧，正对着激光发生装置（1），声能装置（7）内壁面处形成水膜区（8）；

排气管道（6），作为废气排出口，出口接尾气处理装置。

2.根据权利要求1所述的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置，其特征在于，还包括：

所述的激光发生装置（1）具有发射激光的作用，不与废水直接接触，可设置一个或多个激光发生装置（1）来加强激光处理效果，同时激光发生装置（1）的波长可根据对应污水水质进行调整更换。

3.根据权利要求1所述的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置，其特征在于，还包括：

所述的激光面控制器（2）用于对激光束产生扩散作用，形成激光辐射区（9）并保证在水膜区（8）形成激光面，激光面的形状和面积大小可通过激光面控制器（2）调节。

4.根据权利要求1所述的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置，其特征在于，还包括：

所述的声能装置（7）形成的超声场可穿透壳体（3）内侧壁的水膜区（8），每个反应单元中声能装置（7）和激光发生装置（1）对应设置；

视进出水水质状况而定，可以设置声能装置（7）或不设置声能装置（7）。

5.根据权利要求1所述的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置，其特征在于，还包括：

所述的折流板（4）为矩形板（或圆形板），每个反应单元设置一块或多块；该折流板（4）均向上倾斜，与箱体呈60°～90°角固定，折流板（4）的进水一侧与箱体无缝接触，出水一侧与箱体保持8mm～12mm的间距，且带有一定折角，与水平面呈15°～30°向下倾斜角，保证水流以较为稳定的流速运行，并在水膜区（8）形成一定水层厚度的水流面，保证激光照射处理。

6.根据权利要求1所述的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置，其特征在于，还包括：

所述的壳体（3）为长方体或圆柱体，上部进水，下部出水。

7.一种实现如权利要求1～6所述的激光协同超声处理高盐高有机物废水的装置，其特征在于，包括：

所述的反应单元的数量可根据废水中有机物含量高低适量增加或减少。

8.根据权利要求7所述的一种激光协同超声处理高盐高有机物废水的方法，其特征在于，还包括：

所述的激光强度可根据废水水质进行调节，激光可破坏废水中有机物分子结构，使其分解为易处理的物质；

声能可产生高级氧化作用和吹脱作用，能使废水升温并吹除废水中的挥发性有机物，两者协同工作可高效处理有机物。