CN108706801B - 基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置及方法，装置包括进水管、臭氧发生器、文丘里式水气混合器、混合反应箱、空化装置，进水管与文丘里式水气混合器进水口连接，臭氧发生器通过臭氧输送管与文丘里式水气混合器连通，臭氧输送管位于文丘里式水气混合器内的一端上设置有臭氧曝气管，文丘里式水气混合器与混合反应箱底部一侧连通，混合反应箱底部另一侧设置有出水口，2个空化装置设置在文丘里式水气混合器内，混合反应箱内设置有紫外灯；本发明装置结构简单、操作方便，巧妙联合臭氧氧化、水力空化和紫外辐射作用，促进羟基自由基·OH的生成，提高体系氧化能力，减少臭氧用量，有效氧化难降解有机物和病原微生物，且效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及利用水力空化协同紫外辐射作用强化臭氧高级氧化技术深度处理农村污水的装置及方法。
背景技术
随着农村生活水平的提高，农村用水量越来越大，相应地产生的污水量越来越大，这些农村污水往往只经过简单处理或者不处理就直接排放或者用于农田灌溉，但是经过处理后的农村污水中还含有如多环芳烃、氯化芳香族化合物和杂环类化合物等难降解污染物，以及粪大肠菌群等病原微生物，直接用于农业生产会降低粮食和蔬菜品质，甚至威胁人体健康，而直接排放势必造成更严重的环境问题，因此处理过的农村污水在排放和回用之前必须进行深度处理。
目前臭氧曝气是我国应用较广的高级氧化技术，不仅能显著杀灭病原微生物，还能将难降解有机物氧化，以及降低污水COD、浊度、色度等，是一项绿色环保的技术；但是在处理过程中，臭氧利用率低，且对于一些难降解有机物和病原微生物氧化不彻底，病原微生物再生长，造成水体二次污染；水力空化联合臭氧氧化是近年来颇具发展应用前景的一项新型水处理技术；水力空化技术操作简单，设备要求低。液体流经空化装置形成空化泡，空化泡溃灭产生的冲击波和射流会促使水分子分裂产生羟基自由基·OH，·OH氧化有机物时不具有选择性，反应更加彻底。此外，强大的水力剪切力可破坏、断裂大分子主链上的碳键，达到降解高分子有机物的目的。如李清方等人发明了一种水力空化与臭氧耦合处理污水的方法，通过污水与臭氧进入空化装置后产生大量自由基，再进入立式罐进行反应形成二级处理系统。该方法反应过程较繁琐，臭氧用量较大，需进一步改进；由于臭氧在紫外作用下也可产生羟基自由基·OH，同时紫外还具有良好的消毒作用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置，该装置在紫外辐射、水力空化与臭氧协同作用下处理农村污水，三种技术的联合可显著增强系统的氧化性能，提高臭氧利用率，使污水中有机物的去除效率更高，促进难降解有机物的氧化和病原微生物的灭活。
本发明基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置包括进水管、臭氧发生器、文丘里式水气混合器、混合反应箱、空化装置，进水管与文丘里式水气混合器进水口连接，臭氧发生器通过臭氧输送管与文丘里式水气混合器连通，臭氧输送管位于文丘里式水气混合器内的一端上设置有臭氧曝气管，文丘里式水气混合器与混合反应箱底部一侧连通，混合反应箱底部另一侧设置有出水口，2个空化装置设置在文丘里式水气混合器内，混合反应箱内设置有紫外灯。
所述进水管入口处设置有滤网孔板，拦截污水残渣。
所述文丘里式水气混合器由两个文丘里管连接组成，在两个文丘里管的喉管前端处分别设置有一个空化装置，空化装置包括圆形孔板Ⅰ、圆形孔板Ⅱ，圆形孔板Ⅰ直径大于圆形孔板Ⅱ，圆形孔板Ⅰ、圆形孔板Ⅱ上孔的孔径均小于5mm，臭氧发生器连接在与进水管连接的文丘里管的喉管处。
所述在两个文丘里管的喉管上分别设置有压力表Ⅰ、压力表Ⅱ。
所述混合反应箱是由箱体Ⅰ、箱体Ⅱ顶部连通构成的中空倒U型箱体，箱体Ⅰ和箱体Ⅱ连接处设置有弧形凹槽，箱体Ⅰ和箱体Ⅱ内壁上交替设置有2个以上的带孔挡板分别形成2条折流通道，在箱体Ⅰ右侧内壁上、在箱体Ⅱ左侧内壁上分别设置有一个以上的紫外灯Ⅰ，混合反应箱顶部设置有一个以上的紫外灯Ⅱ，带孔挡板上孔的孔径小于5mm。
所述臭氧输送管上设置有流量计。
所述混合反应箱的出水口上设置有压力表和调节阀。
所述紫外灯Ⅰ和紫外灯Ⅱ上设置有灯罩。
本装置中紫外灯、臭氧发生器均与电源连接。
本发明另一目的是提供上述装置的使用方法，步骤如下：
（1）污水通过孔板滤网过滤后，经进水管、空化装置流入文丘里式水气混合器中；
（2）污水在文丘里式水气混合器内与臭氧快速混合，通过空化装置迅速产生大量羟基自由基·OH，污水进入混合反应箱，通入臭氧的浓度为5-20g/(L·h)；
（3）在混合反应箱内污水经过折流通道，并在臭氧氧化、水力空化和紫外辐射三者协同下氧化，高效去除难降解有机物和病原微生物；处理达标后污水通过出水口排出。
本发明的有益效果在于：
（1）文丘里式水气混合器使臭氧快速分散在污水中，文丘里式水气混合器和空化装置的设置使得水压急速变化，发生水力空化作用，促进臭氧在水体中的传质；
（2）该强化装置可以根据待处理水的水质，灵活的调控臭氧流量以及紫外灯工作数量，以最少的资源消耗，达到最佳的污水处理效果；
（3）该强化装置的混合反应箱内设置的双折流通道，不仅增加了污水停留时间，使臭氧利用率大大提高，还减少了装置的占地面积；
（4）水力空化作用和紫外辐射贯穿反应始终，加速多余的臭氧向氧化能力更强的羟基自由基·OH转化，整个体系氧化能力提高，高效彻底的氧化难降解有机物和病原微生物。
（5）本发明装置结构简单，操作方便，适合工业化生产和市场推广应用。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图中：1-滤网孔板；2-进水管；3-臭氧发生器；4-臭氧输送管；5-流量计；6-压力表Ⅰ；7-文丘里式水气混合器；8-压力表Ⅱ；9-混合反应箱体；10-带孔挡板；11-紫外灯Ⅰ；12-臭氧曝气管；13-紫外灯Ⅱ；14-弧形凹槽；15-调节阀；16-出水口；17-圆形孔板Ⅰ；18-圆形孔板Ⅱ；19-箱体Ⅰ；20-箱体Ⅱ。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图1所示，本基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置包括进水管2、臭氧发生器3、文丘里式水气混合器7、混合反应箱9、空化装置，其中文丘里式水气混合器7由两个文丘里管连接组成，在两个文丘里管的喉管前端处分别设置有一个空化装置，空化装置包括圆形孔板Ⅰ17、圆形孔板Ⅱ18，圆形孔板Ⅰ直径大于圆形孔板Ⅱ，圆形孔板Ⅰ、圆形孔板Ⅱ上孔的孔径均为3mm；进水管2与文丘里式水气混合器7进水口连接，进水管2入口处设置有滤网孔板1，臭氧发生器3通过臭氧输送管4与进水管连接的文丘里管的喉管处，臭氧输送管4位于文丘里式水气混合器7内的一端上设置有臭氧曝气管12，臭氧输送管4上设置有流量计5；文丘里式水气混合器7与混合反应箱9底部一侧连通，混合反应箱9底部另一侧设置有出水口16；混合反应箱9是由箱体Ⅰ19和箱体Ⅱ20顶部连通构成的中空倒U型箱体，箱体Ⅰ19和箱体Ⅱ20连接处设置有弧形凹槽14，箱体Ⅰ19和箱体Ⅱ20内壁上交替设置有3个带孔挡板10分别形成2条折流通道，带孔挡板上孔的孔径为3mm；在箱体Ⅰ19右侧内壁上、在箱体Ⅱ20左侧内壁上分别设置有2个紫外灯Ⅰ11，混合反应箱9顶部设置有3个紫外灯Ⅱ13。
将上述装置用在云南省某村的农村污水生化尾水的处理中，该村污水主要来源为洗涤用水，该农村污水生化尾水COD 为186mg/L，NH3-N为42 mg/L，TP为19mg/L，粪大肠菌群数>1.5×104个/100mL，蛔虫卵>12个/L。将该污水通过孔板滤网1过滤后，经进水管2、空化装置流入文丘里式水气混合器7中；臭氧发生器3通过臭氧输送管4向文丘里式水气混合器输送臭氧，并通过流量计5调节臭氧流量为10g/(L·h)；污水流经文丘里式水气混合器中的空化装置产生水力空化效应，臭氧快速分散在污水中，同时空化效应促进臭氧在水体中的传质，并且促使臭氧及水分子分解产生大量羟基自由基·OH；待处理的农村污水生化尾水通过文丘里式水气混合器进入混合反应箱，在箱体Ⅰ的折流通道中，紫外灯Ⅰ11的设置加速臭氧向·OH转化，结合带孔挡板10产生的水力空化作用，诱发·OH链式反应，利用臭氧产生源源不断的·OH与难降解有机物和病原微生物反应；在混合反应箱内顶端设有紫外灯Ⅱ13，混合反应箱内部的左右两个折流通道通过弧形凹槽14连接，弧形凹槽14可以暂时缓存经过左侧折流通道处理的农村污水，顶上的紫外灯Ⅱ13辐射弧形凹槽14中缓存的污水，达到进一步氧化消毒的效果；缓存的污水在弧形凹槽14处储存到一定量，便流入右边由带孔挡板10形成的折流通道，同理污水和剩余的臭氧在右侧折流通道经过箱体Ⅱ20中紫外灯Ⅰ辐射，以及带孔挡板的水力空化作用下，形成具有强氧化性的·OH，迅速与污水中的难降解有机物和病原微生物彻底消除；可以根据农村污水水质调节紫外灯工作数量，设置水力停留时间；处理完的污水经箱体Ⅱ折流通道流至混合反应箱底部，经出水口16流出。
经过处理后该农村污水的水质明显改善，COD 下降到73mg/L，NH3-N下降到13.2mg/L，TP下降到6.6 mg/L，粪大肠菌群数<0.3×104个/100mL，蛔虫卵<2个/L，该水水质满足《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2005）的要求，同时也满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）排放标准。
实施例2，本实施例装置结构同实施例1，不同在于：圆形孔板Ⅰ上孔的孔径为4mm，圆形孔板Ⅱ上孔的孔径为2mm，带孔挡板上孔的孔径为4mm；在两个文丘里管的喉管上分别设置有压力表Ⅰ6、压力表Ⅱ8，用于检测文丘里式水气混合器内部压力，从而来调节进水水压，保证反应器安全；混合反应箱9的出水口16上设置有压力表和调节阀15，用于出水的放出；
云南省某村庄进行奶牛养殖，村庄将农村污水集中进行生化处理，然后进行农田回用或排进周围河道，本实施例对生化尾水进行处理，该生化尾水COD 为219mg/L，NH3-N为52 mg/L，TP为17 mg/L，粪大肠菌群数>0.9×104个/100ml，蛔虫卵>8个/L，将该尾水通过孔板滤网过滤后，经进水管、空化装置流入文丘里式水气混合器中； 污水在文丘里式水气混合器内与臭氧快速混合，通过空化装置迅速产生大量羟基自由基·OH，污水进入混合反应箱，通入臭氧的浓度为15g/(L·h)；在混合反应箱内污水经过折流通道，并在臭氧氧化、水力空化和紫外辐射三者协同下氧化，高效去除难降解有机物和病原微生物；处理后污水通过出水口排出，经过处理后该农村污水生化尾水COD 下降到74mg/L，NH3-N下降到13.5 mg/L，TP下降到6.9mg/L，粪大肠菌群数<0.1×104个/100ml，蛔虫卵<2个/L。经过本方法处理后的水满足《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2005）的要求，同时也满足山西省、河北省、宁夏回族自治区等地发布的关于农村生活污水排放标准。
Claims (6)
1.一种基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置，其特征在于：包括进水管（2）、臭氧发生器（3）、文丘里式水气混合器（7）、混合反应箱（9）、空化装置，进水管（2）与文丘里式水气混合器（7）进水口连接，臭氧发生器（3）通过臭氧输送管（4）与文丘里式水气混合器（7）连通，臭氧输送管（4）位于文丘里式水气混合器（7）内的一端上设置有臭氧曝气管（12），文丘里式水气混合器（7）与混合反应箱（9）底部一侧连通，混合反应箱（9）底部另一侧设置有出水口（16），2个空化装置设置在文丘里式水气混合器（7）内，混合反应箱（9）内设置有紫外灯；
所述进水管（2）入口处设置有滤网孔板（1）；
所述文丘里式水气混合器（7）由两个文丘里管连接组成，在两个文丘里管的喉管前端处分别设置有一个空化装置，空化装置包括圆形孔板Ⅰ（17）、圆形孔板Ⅱ（18），圆形孔板Ⅰ直径大于圆形孔板Ⅱ，圆形孔板Ⅰ、圆形孔板Ⅱ上孔的孔径均小于5mm，臭氧发生器（3）连接在与进水管连接的文丘里管的喉管处；
所述混合反应箱（9）是由箱体Ⅰ（19）和箱体Ⅱ（20）顶部连通构成的中空倒U型箱体，箱体Ⅰ（19）和箱体Ⅱ（20）连接处设置有弧形凹槽（14），箱体Ⅰ（19）和箱体Ⅱ（20）内壁上交替设置有2个以上的带孔挡板（10）分别形成2条折流通道，在箱体Ⅰ（19）右侧内壁上、在箱体Ⅱ（20）左侧内壁上分别设置有一个以上的紫外灯Ⅰ（11），混合反应箱（9）顶部设置有一个以上的紫外灯Ⅱ（13），带孔挡板上孔的孔径小于5mm。
2.根据权利要求1所述的基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置，其特征在于：在两个文丘里管的喉管上分别设置有压力表Ⅰ（6）、压力表Ⅱ（8）。
3.根据权利要求1所述的基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置，其特征在于：臭氧输送管（4）上设置有流量计（5）。
4.根据权利要求1所述的基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置，其特征在于：混合反应箱（9）的出水口（16）上设置有压力表和调节阀（15）。
5.根据权利要求1所述的基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置，其特征在于：紫外灯Ⅰ（11）和紫外灯Ⅱ（13）上设置有灯罩。
6.权利要求1-5任一项所述的基于水力空化协同紫外强化臭氧处理农村污水的装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：
（1）污水通过孔板滤网过滤后，经进水管、空化装置流入文丘里式水气混合器中；
（2）污水在文丘里式水气混合器内与臭氧快速混合，通过空化装置迅速产生大量羟基自由基·OH，污水进入混合反应箱，通入臭氧的浓度为5-20g/(L·h)；
（3）在混合反应箱内污水经过折流通道，并在臭氧氧化、水力空化和紫外辐射三者协同下氧化，高效去除难降解有机物和病原微生物；处理达标后污水通过出水口排出。
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