CN109052573A - 一种水处理装置及其水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本说明书提供了一种水处理装置及其水处理方法，该装置包括：水力空化器，所述水力空化器包括内壁渐缩的入口段、内壁渐扩的出口段，以及设置于所述入口段和所述出口段连接处的孔板；非晶材料氧化器，所述非晶材料氧化器包括筒体以及固定于所述筒体内部的氧化棒，至少部分所述氧化棒的外部包覆有铁基非晶材料；所述筒体的入口端与所述水力空化器的出口段相连通。该方案可以使水力空化与非晶材料催化氧化协同作用，无化学物质的直接投加，反应速度快，效率高，能较为彻底地去除废水中有机污染物，具有高效、安全、易操作，方便实现自控等优点，为工业化应用提供了可能性，能耗较低，排放少，对环境保护具有积极的意义。

Description

一种水处理装置及其水处理方法
技术领域
本说明书涉及一种水处理装置及其水处理方法。
背景技术
随着我国大部分油田开采的不断深入，对煤层气、页岩气开采范围逐步扩大，油田采出污水量日益增加，污水水质成分越来越复杂。采出液处理技术不断面临新的挑战，采油污水普遍采用的常规处理工艺已经远远不能满足要求，出现处理效率低，运行成本高，处理后水质不达标，二次污染严重等等问题。工业生产排放废水中有害的人工合成化学物质和难降解的有机物亦逐年增多，在越来越大的环保压即经济压力下，传统的水处理方法已经不能满足要求。
发明内容
本说明书的目的是提供一种新型的水处理装置及其水处理方法。
为实现上述目的，一方面，本说明书提供一种水处理装置，该装置包括：
水力空化器，所述水力空化器包括内壁渐缩的入口段、内壁渐扩的出口段，以及设置于所述入口段和所述出口段连接处的孔板；
非晶材料氧化器，所述非晶材料氧化器包括筒体以及固定于所述筒体内部的氧化棒，至少部分所述氧化棒的外部包覆有铁基非晶材料；所述筒体的入口端与所述水力空化器的出口段相连通。
在上述水处理装置中，优选地，所述氧化棒整体为铁基非晶材料。
在上述水处理装置中，优选地，所述氧化棒上具有至少一个凸起部，所述凸起部与筒体内壁之间的空隙可在水流通过时产生水力空化作用。
在上述水处理装置中，优选地，沿水流方向，所述凸起部的前端外缘与筒体内壁之间的空隙呈渐缩状，所述凸起部的后端外缘与筒体内壁之间的空隙呈渐扩状。
在上述水处理装置中，优选地，所述凸起部为球形。
在上述水处理装置中，优选地，沿水流方向，所述氧化棒的直径逐渐增大至一定程度后转为逐渐减少，且所述氧化棒的外壁与筒体内壁之间的环空可在水流通过时产生水力空化作用。
在上述水处理装置中，优选地，至少部分所述氧化棒伸入所述水力空化器内部。
在上述水处理装置中，优选地，所述氧化棒的一端通过第一连接件固定于水力空化器中入口段和出口段的连接处。
在上述水处理装置中，优选地，所述第一连接件与氧化棒活动连接。
在上述水处理装置中，优选地，所述第一连接件包括固定环、连接管以及活动连接头；所述固定环固接于水力空化器中入口段和出口段的连接处，所述连接管的一端与所述固定环连接，另一端与所述活动连接头连接。
另一方面，本说明书提供了一种使用上述水处理装置进行水处理的方法，该方法是使水从水力空化器的入口段进入，经所述水处理装置处理后，从非晶材料氧化器的出水口排出。
在上述方法中，优选地，所述铁基非晶材料为Fe-Si-B三元非晶材料。
本说明书提供的方案，通过水力空化器与非晶材料氧化器(内部设置有整体式非晶材料)的联用，可以使尚未在水力空化器中泯灭的高氧化活性的羟基自由基进入非晶材料氧化器中，一方面可以与铁基非晶材料的氧化作用相叠加，强化处理效果；另一方面，还具有促进铁基非晶材料表面微电解反应的作用，可以提高非晶氧化的处理效率。因此，该设置方式下，二者的联用产生了显著的协同作用，可以高效的处理污水。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：
图1为本说明书一种实施方式中水处理装置的结构示意图；
图2为本说明书一种实施方式中水处理装置的水力空化器部分的结构示意图；
附图标号说明：
1-孔板式水力空化发生器，2-活动连接头，3-连接法兰，4-筒体，5-非晶料棒，6-支撑件，7-连接螺母，8-第二出口法兰，9-出口法兰盖；
11-进口法兰，12-固定环，13-孔板，14-连接管，15-本体管件，16-第一出口法兰。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本说明实施方式提供了一种水处理装置，该装置包括：
水力空化器1，所述水力空化器1包括内壁渐缩的入口段、内壁渐扩的出口段，以及设置于所述入口段和所述出口段连接处的孔板；
非晶材料氧化器，所述非晶材料氧化器包括筒体4以及固定于所述筒体4内部的氧化棒5，至少部分所述氧化棒的外部包覆有铁基非晶材料；所述筒体4的入口端与所述水力空化器1的出口段相连通。
参照图2，水力空化器是一种专门用于产生水力空化现象的装置，该装置通常具有急剧变径的管段(内壁渐缩的入口段、内壁渐扩的出口段)，在改管段的最小直径处(入口段和出口段的连接处)设置有用于水流通过的孔板13。另外，为了方便与其它管道相连接，一般在水力空化器1的本体管件15的进口端设置有进口法兰11，出口端设置有第一出口法兰16。
水力空化器的原理是：当水流沿轴向流经其中孔板时，由于孔板的阻流作用，流速增大、压力降低，当压力降至蒸汽压甚至负压时，溶解在其中的气体会释放出来，同时流体汽化而产生大量空化泡，随后液体周围压力迅速恢复喷射扩张，空化泡瞬间破灭，产生瞬时高温、高压，除了能促进有机物的直接降解，同时也能使水蒸汽在高温高压下发生分裂及链式反应：
H2O→·OH+·H2
·OH+·OH→H2O2
2·H→H2
其中，·OH和H2O2都具有高化学活性和强氧化性，能够与气泡界面区及本体溶液中可溶性的溶质直接发生氧化反应，可将水中大多数有机污染物氧化降解。因此，其对有毒、难降解有机污染水体具有显著的处理效果。但是，由于水流高速通过的特点，作用时间较短，导致其单独处理的效果有限。为此，本说明书实施方式通过水力空化器与非晶材料氧化器(内部设置有整体式非晶材料)的联用，可以使尚未在水力空化器中泯灭的高氧化活性的羟基自由基进入非晶材料氧化器中，一方面可以与铁基非晶材料的氧化作用相叠加，强化处理效果；另一方面，还具有促进铁基非晶材料表面微电解反应的作用，可以提高非晶氧化的处理效率。因此，该设置方式下，二者的联用产生了显著的协同作用，可以高效的处理污水。
现有技术中，使用铁基非晶材料处理污水的方案中使用的铁基非晶均为碎屑状材料，原因是：现有技术中铁基非晶材料的产品为条带状，将其用于污水处理时，常规的做法是进一步加工成碎屑状材料，从而增加非晶材料与水的接触面积，以提高处理效果。但是，这种常规方式也形成了非晶氧化处理与水力空化处理联用的障碍，因为，水力空化器的出水冲击性大，致使铁基非晶材料碎屑的互相磨损非常严重。因此，现有技术中，水力空化一般不与非晶氧化处理联用，而是更多的与臭氧、超声波等装置结合。另外，这种情况下，虽然可以在水力空化器与非晶氧化处理之间设置缓冲段，但是，这种间接联用的方式仅是将二者简单的结合在了一起，并不具有协同效应。
而本说明提供的实施方式中，将铁基非晶材料设置为整体式，并固定于筒体内部；使得铁基非晶氧化装置可以直接与水力空化器联用，使得尚未在水力空化器中泯灭的高氧化活性的羟基自由基可以即刻进入非晶材料氧化器中，从而可以产生协同作用，更加高效的处理污水。具体地，对于该铁基非晶材料，由于其中的铁元素在一定条件下会形成Fe2+，Fe2+与H2O2作用会使H2O2分解产生大量的·OH，而·OH是一种具有很高氧化活性的自由基，会促进有机物进行分解。同时作为一种零价金属合金，铁基非晶中含有的铁会与其它元素会作为电极，从而形成电解池，废水中的有机物也会在这个过程中进行分解。
本说明书提供的实施方式中，可以在氧化棒5的外部包覆铁基非晶材料，从而实现常规条带状铁基非晶产品的成型化应用。氧化棒的内芯可以为常规的金属，例如，不锈钢、常规铁合金等；也可以为一些具有一定承重性能的非金属材料。当然，条带状的铁基非晶也可以二次加工成棒材，或者，通过一些特殊的工艺直接生产的棒材铁基非晶材料。
本说明书提供的实施方式中，由于铁基非晶材料的特性，在持续的微电解过程中，表面会变得凹凸不平，可以增大非晶材料与溶液的接触面积，进一步加剧了反应过程。
本说明书提供的实施方式中，氧化棒5可以采用常规方式固定于筒体4内，例如，在筒体内壁设置一个或多个支撑件。另外，为了使氧化棒5较均匀的与水流接触，可以将其设置于筒体的中心。在图1的实施方式中，氧化棒5的尾端设置在支撑件6上，二者通过连接螺母7进行固接。
本说明书提供的实施方式中，对于氧化棒5，可以至少部分伸入水力空化器内部。在图1的实施方式中，氧化棒5的一端位于水力空化器的出口段。这种设置方式下，二者的协同作用在该端更加明显，因此，具有更好的水处理效果。
继续参照图1，在该实施方式中，对于氧化棒5，靠近或处于水力空化器1的一端可以通过连接件固定于水力空化器的入口段和出口段的连接处(孔板附近)。为了方便水力空化器1和铁基非晶氧化装置的组装和拆卸，该连接件可以采用活动连接头。在图1的实施方式中，连接件包括固定环12、连接管14以及活动连接头2；固定环12固接于水力空化器中入口段和出口段的连接处(孔板的一侧)，连接管14的一端与固定环12固定连接，另一端与活动连接头2连接。
本说明书提供的实施方式中，对于氧化棒5，可以具有至少一个凸起部，凸起部与筒体内壁之间的空隙可在水流通过时产生水力空化作用。该方式下，可以在铁基非晶氧化装置内部产生新的水力空化作用，从而进一步增强水力空化与铁基非晶氧化的协同作用。具体方式可以是：沿水流方向，凸起部的前端外缘与筒体4内壁之间的空隙呈渐缩状，凸起部的后端外缘与筒体4内壁之间的空隙呈渐扩状。在图1的实施方式中，凸起部为一个，呈近似球形，其外缘与筒体4内壁之间的环空具有阻流作用，可以再次发生水力空化现象。
本说明书提供的实施方式中，对于氧化棒5，除了设置凸起部的方式产生新的水力空化作用外，还可以将氧化棒5一体化设置成可产生水力空化作用的形状。在一优选实施方式中，沿水流方向，氧化棒的直径逐渐增大至一定程度后转为逐渐减少，使得氧化棒的外壁与筒体内壁之间的环空可在水流通过时产生水力空化作用。该方式下，可在铁基非晶氧化装置内部产生更强的水力空化现象，从而进一步增加二者的协同增效作用。
继续参照图1，本说明书提供的实施方式中，水力空化器1与非晶材料氧化器可采用常规方式密封连接。在图1的实施方式中，水力空化器1与非晶材料氧化器通过连接法兰3实现密封连续。当然，在法兰之间可以设置弹性垫片(图1中未示出)。
继续参照图1，本说明书提供的实施方式中，非晶材料氧化器的尾端设置有第二出口法兰8，第二出口法兰8与出口法兰盖9连接。
另一方面，本说明书是方式提供了一种使用上述水处理装置进行水处理的方法，该方法是使水从水力空化器的入口段进入，经所述水处理装置处理后，从非晶材料氧化器的出水口排出。
在上述方法中，铁基非晶材料可以为Fe-Si-B三元非晶材料。该材料中含有铁硅硼三种化学元素，不会在水处理过程中产生新的污染，因此，更加环保。
由此可见，本说明书提供的方案，可以使水力空化与非晶材料催化氧化协同作用，无化学物质的直接投加，反应速度快，效率高，能较为彻底地去除废水中有机污染物，具有高效、安全、易操作，方便实现自控等优点，为工业化应用提供了可能性，能耗较低，排放少，对环境保护具有积极的意义。
需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本说明书的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的说明书主题的一部分。

Claims (10)

1.一种水处理装置，其特征在于，该装置包括：
水力空化器，所述水力空化器包括内壁渐缩的入口段、内壁渐扩的出口段，以及设置于所述入口段和所述出口段连接处的孔板；
非晶材料氧化器，所述非晶材料氧化器包括筒体以及固定于所述筒体内部的氧化棒，至少部分所述氧化棒的外部包覆有铁基非晶材料；所述筒体的入口端与所述水力空化器的出口段相连通。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述氧化棒整体为铁基非晶材料。
3.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述氧化棒上具有至少一个凸起部，所述凸起部与筒体内壁之间的环空可在水流通过时产生水力空化作用。
4.根据权利要求3所述的水处理装置，其特征在于，沿水流方向，所述凸起部的前端外缘与筒体内壁之间的环空呈渐缩状，所述凸起部的后端外缘与筒体内壁之间的空隙呈渐扩状；
优选地，所述凸起部为球形。
5.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，沿水流方向，所述氧化棒的直径逐渐增大至一定程度后转为逐渐减少，且所述氧化棒的外壁与筒体内壁之间的环空可在水流通过时产生水力空化作用。
6.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，至少部分所述氧化棒伸入所述水力空化器内部。
7.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述氧化棒的一端通过第一连接件固定于水力空化器中入口段和出口段的连接处。
8.根据权利要求7所述的水处理装置，其特征在于，所述第一连接件与所述氧化棒活动连接；
优选地，所述第一连接件包括固定环、连接管以及活动连接头；
所述固定环固接于水力空化器中入口段和出口段的连接处，所述连接管的一端与所述固定环连接，另一端与所述活动连接头连接。
9.一种使用权利要求1-8任一项所述的水处理装置的方法，该方法是使水从水力空化器的入口段进入，经所述水处理装置处理后，从非晶材料氧化器的出水口排出。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述铁基非晶材料为Fe-Si-B三元非晶材料。
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