CN109824173A - 一种有机废水三级水力空化处理系统 - Google Patents

Abstract

一种有机废水三级水力空化处理系统，包括依次连接的沉淀剂池、混凝池、沉淀池、旋转水力空化器、空化射流发生器和超声波空化器；沉淀池与旋转水力空化器之间的连接管道上设置有水泵，旋转水力空化器还与芬顿试剂池连接，旋转水力空化器与空化射流发生器的连接管路上设置有水泵。旋转空化产生机理为剪切空化，空化射流是采用特殊的碰撞壁，产生低于饱和蒸气压的区域，产生空化射流；超声空化是采用超声波产生的空化现象。本发明采用芬顿工艺与空化技术相结合的方式进行有机废水处理，在提高对有机污染物降解的同时也减少了降解污染物的时间，充分发挥芬顿工艺与空化技术这两种高级氧化技术的优点，使得有机废水的降解率达到最高。

Description

一种有机废水三级水力空化处理系统

技术领域

本发明涉及一种用于降解有机废水的方法与装置，属于有机废水处理技术领域。

背景技术

水力空化技术提供了一种无需额外反应物即可氧化污染物的节能、高效的方法，不会对生态环境造成二次污染，在处理低浓度和高浓度污染物方面的潜力巨大。

空化现象是当压力降至低于饱和蒸汽压时，溶解在流体中的气体会释放出来，同时流体汽化而产生大量气泡，空化泡在随流体进一步流动的过程中，周围压力增大时，体积将急剧缩小直至溃灭，溃灭瞬间会产生极高的压强和温度，会使得废水中分子的化学键断裂，达到降解大分子的目的。气泡在最大尺寸时，气泡会以热和冲击波的形式溃灭并释放出巨大的能量，气泡破裂所产生的能量可以将水分子分解成·H和·OH，其中·OH是具有强氧化性，可以氧化废水中的化学物质。

芬顿氧化法是在酸性条件下，在H₂O₂和Fe²⁺存在下生成强氧化能力的羟基自由基·OH，并引发更多的其他活性氧，以实现对有机物的降解,其氧化过程为链式反应。其中以·OH产生为链的开始，而其他活性氧和反应中间体构成了链的节点，各活性氧被消耗，反应链终止。其反应机理较为复杂,这些活性氧仅供有机分子并使其矿化为CO₂和H₂O等无机物，从而使Fenton氧化法成为重要的高级氧化技术之一。芬顿工艺虽然效果好，但是其成本高，产生的污泥多，而且芬顿处理腐蚀性大，连水泥池都会被腐蚀掉。

中国专利文献CN208022767U公开的一种芬顿工艺废水处理装置方法，对传统芬顿工艺处理废水进行改进，既提高了对废水处理的效率，又降低了使用成本。CN105439322A公开的一种基于水力空化的废水处理方法和装置，先沉淀出废水中的悬浮颗粒物，再向废水中添加氧化剂，将废水顺次进行射流水力空化处理、旋流水力空化处理和多孔板水力空化处理的循环处理，通过一级射流、二级旋流、三级限流的三级空化效应，产生瞬时高温高压直接降解有机物，使常规难以降解的有机污染物实现无害化降解。

但是上述技术所采用的水力空化装置基本采用现有文丘里管、空化喷嘴和孔板式的结构，存在处理量小、效率低下的问题。

发明内容

本发明针对现有有机废水的芬顿工艺以及水力空化技术在处理有机废水方面的存在的不足，提供一种对有机废水高效处理的三级水力空化处理系统。

本发明的有机废水三级水力空化处理系统，采用以下技术方案：

该系统，包括依次连接的沉淀剂池、混凝池、沉淀池、旋转水力空化器、空化射流发生器和超声波空化器；沉淀池与旋转水力空化器之间的连接管道上设置有水泵，旋转水力空化器还与芬顿试剂池连接，旋转水力空化器与空化射流发生器的连接管路上设置有水泵。

所述旋转水力空化器，包括定子，定子内形成空化腔，定子的两侧均安装有转子，转子伸出空化腔的一端与传动装置连接，转子处于空化腔内的一端为轮盘，轮盘的外周(两侧端面及圆周面)和空化腔的内壁(端面及圆周面)上均分布有盲孔，定子的一端设置有试剂管和进液口,另一端设置有出液口。所述转子的转速为2800r/min～3600转/分钟。所述轮盘的直径为100-400mm。所述盲孔的直径为30mm，深度为40mm。所述轮盘外侧(外侧端面及圆周面)与定子的空化腔内壁之间各处的间隙为4mm～8mm。所述空化腔内两个轮盘相对面之间各处的间隙为4mm～8mm。所述试剂管和进液口所在定子的位置与出液口所在定子的位置为对角关系，以防止出现短流。

所述空化射流发生器，包括对冲空化射流腔，对冲空化射流腔的一端设置有上喷嘴，另一端设置有下喷嘴，上喷嘴与进液管连接。所述对冲空化射流腔内的碰撞角度a为120°，碰撞腔长L为65mm，碰撞腔直径D为95mm。所述上喷嘴的喷孔直径d1为8mm，下喷嘴的喷孔d2为16mm。

超声空化发生器11为现有技术，可采用现有各种结构的超声空化装置。超声空化指存在于液体中的微小气泡(空化核)在超声场的作用下振动、生长并不断聚集声场能量，当能量达到某个阈值时，空化气泡急剧崩溃闭合的过程。超声波能量足够高时，就会产生“超声空化”现象。

上述系统对有机废水的具体处理的工程如下所示：

(1)首先是对有机废水进行预处理，在废水中加入沉淀剂，将有机废水中的悬浮颗粒进行沉淀，然后将沉淀进行分离；

(2)将沉淀分离后的废水经过水泵压入旋转水力空化器中，同时在空化器中加入芬顿试剂，提高对有机污染物的降解；

(3)经过旋转水力空化器处理的污水再进入对冲空化射流中进行处理，空化射流采用自激脉冲空化射流的方式，对冲空化射流有利于提高有机废水的降解率；

(4)流出空化射流的有机污水进入超声空化装置中进行最后的空化处理，通过超声波产生的空化现象对有机废水进行最后处理。

所述芬顿试剂为浓度200mg/L的H₂O₂水溶液和浓度20mg/L的FeSO₄水溶液按体积比2:1的混合物。

本发明的旋转空化产生机理为剪切空化；空化射流是采用特殊的碰撞壁，产生低于饱和蒸气压的区域，产生空化射流；超声空化是采用超声波产生的空化现象。

本发明采用芬顿工艺与空化技术相结合的方式进行有机废水处理，在提高对有机污染物降解的同时也减少了降解污染物的时间，充分发挥芬顿工艺与空化技术这两种高级氧化技术的优点，使得有机废水的降解率达到最高。

附图说明

图1是本发明有机废水三级水力空化处理系统的总体结构示意图。

图2是本发明中旋转水力空化器的结构示意图。

图3是旋转水力空化器中转子端面的盲孔分布示意图。

图4是旋转水力空化器中定子内壁盲孔分布的示意图。

图5是本发明中空化射流发生器的结构示意图。

图中：1.沉淀剂池，2.混凝池，3.阀门，4.沉淀池，5.水泵，6.电机，7.旋转水力空化器，8.对冲空化射流腔，9.空化射流发生器，10.超声波发生器，11.超声空化发生器，12.芬顿试剂，13.电机1，14.联轴器1，15.轴承端盖，16.角接触球轴承，17.左端盖，18.机械密封，19.定子，20.转子，21.转子，22.定子端盖，23.右端盖，24.机械密封，25.角接触球轴承，26.轴承端盖，27.联轴器，28.电机，29.试剂管，30.盲孔，31.出液口,32.盲孔，，33.进液口，34.进液管，35.上喷嘴，36.下喷嘴。

具体实施方式

本发明的有机废水三级水力空化处理系统，如图1所示，包括依次连接的沉淀剂池1、混凝池2、沉淀池4、旋转水力空化器7、空化射流发生器9和超声波空化器11。沉淀剂池1与混凝池2之间的连接管道上设置有阀门3，沉淀池4与旋转水力空化器7之间的连接管道上设置有水泵5，旋转水力空化器7还与芬顿试剂池12连接。芬顿试剂池12内的芬顿试剂为H₂O₂和FeSO₄的混合物，具体是浓度200mg/L的H₂O₂溶液和浓度20mg/L的FeSO₄溶液按体积比2:1的混合物。

沉淀剂池1中储存沉淀剂，沉淀剂池1通过阀门3控制流入混凝池2中的速度，在混凝池3中经过充分搅拌后进入沉淀池4，在沉淀池4中进行充分沉淀，去除有机废水中难以降解的悬浮颗粒。沉淀完成后经过水泵5的压力将有机废水压入到旋转水力空化器7中进行一级空化，经过旋转水力空化产生的空化现象对有机废水进行一级废水的降解。同时芬顿试剂池12中的芬顿试剂通过试剂管29加入到旋转水力空化器7中一起进行处理，提高对有机废水降解的降解率。一级空化处理完成后的废水经过水泵输送至空化射流发生器9进行二级空化，空化射流发生器9中的对冲空化射流腔8中有两个对称布置的空化射流喷嘴(空化射流上喷嘴35和空化射流下喷嘴36)，对冲空化射流可以增加剪切力，提高对有机废水的降解。二级水力空化后的废水再进入超声波空化器11中进行三级空化，超声波空化产生的空化泡密度高，因此可以进一步实现对有机废水的降解。经过三级空化技术的降解与先进芬顿工艺的共同作用，提高对有机废水的降解率。

旋转水力空化器7的结构如图2所示，包括定子19、左转子20和右转子21。定子19上通过螺钉连接有定子端盖22，定子19与其端盖22之间设置有密封垫圈，定子19及其端盖22组成空化腔。定子19的两侧通过螺钉连接有左支撑盖17和右支撑盖23，支撑盖里分别安装有角接触球轴承16和角接触球轴承25，左转子20和右转子21分别通过角接触球轴承16和角接触球轴承25安装在定子19的两侧，轴承分别通过转子的轴肩与轴承端盖实现轴向定位。左转子20和右转子21上在左支撑盖17和右支撑盖23内设有机械密封18和机械密封24，可以将水隔离开。左转子20和右转子21的一端处于定子19的空化腔中，另一端伸出定子19，左转子20伸出端通过联轴器14与电机13连接。右转子21伸出端通过联轴器27与电机28连接。电机13和电机28分别通过联轴器带动左转子20和右转子21以2800r/min～3600r/min的转速旋转。

转子20和转子21处于定子19空化腔内的一端呈轮盘状，转子20和转子21处于定子19空化腔内的一端呈轮盘状，轮盘的直径为100-400mm，轮盘的外周(两侧端面及圆周面)上均分布有盲孔30,定子9空化腔的内壁(端面及圆周面)分布有盲孔32。轮盘端面的盲孔分布排列方式如图3所示，为同心圆式分布，同一圆周上的盲孔的外端面在一个平面上，不同圆周上的盲孔的外端面可以不在一个平面上。转子上的盲孔30的直径为30mm，深度为40mm。定子9的空化腔内壁端面的盲孔32分布排列方式如图4所示，也为同心圆式分布。盲孔30和盲孔32的直径为30mm，深度为40mm。转子20的轮盘端外侧(外端面与圆周面)与定子9的空化腔内壁之间各处的间隙为4mm～8mm，转子21的轮盘端外侧(外端面与圆周面)与定子9的空化腔内壁之间各处的间隙为4mm～8mm。转子20和转子21的轮盘端相对面之间各处的间隙为4mm～8mm。也可以说是盲孔30的外端面与其对面的间隙为4mm～8mm。

参见图1和图4，定子9的一端(上端)设置有试剂管29和进液口30，另一端(下端)设置有出液口31。进液口30为切向进口，出液口31为切向出口。定子9的一端(上端)设置有试剂管29和进液口30，另一端(下端)设置有出液口31。试剂管29和进液口30所在定子的位置与出液口31所在定子的位置为对角关系，这样相对设置可防止出现短流现象。

上述旋转水力空化器7通过剪切产生空化现象，电机带动转子高速旋转，达到可以产生空化泡的转速。通过转子的转动对水的剪切作用达到可以产生空化泡的作用以及芬顿试剂的强化作用，实现对有机废水的高效处理。各参数的设置是根据农药废水的特点经过大量实验确定的，达到了农药废水的处理效率、效果和成本的最佳配合。

空化射流发生器9的结构如图5所示，包括对冲空化射流腔8，对冲空化射流腔8的一端设置有上喷嘴35，另一端设置有下喷嘴37，上喷嘴35与进液管34连接。上喷嘴35可以进行更换，经过水泵的作用，在进液管34中达到相应的速度和压力，在对冲空化射流腔8内产生低于饱和蒸气压的区域，产生空化现象，通过下喷嘴36进行喷射，对冲空化射流腔8内的碰撞角度a(下喷嘴36在对冲空化射流腔8内的一端锥角)为120°，碰撞腔长L为65mm，碰撞腔直径D为95mm。上喷嘴35的喷孔直径d1为8mm，下喷嘴36的喷孔d2为16mm。各参数的设置是根据农药废水的特点经过大量实验确定的，达到了处理效率、效果和成本的最佳配合。

超声空化发生器11采用现有结构的超声空化发生器，由超声波发生器10提供超声波。

本发明的系统首先在有机废水中加入沉淀剂，将有机废水中的悬浮颗粒进行沉淀，首先经过旋转水力空化装置，并在水力空化装置中加入芬顿试剂，再通过自激脉冲空化射流进行二级空化射流进行处理，最后经过超声波空化进行三级处理，完成对有机废水的降解。

Claims (10)

1.一种有机废水三级水力空化处理系统，其特征是：包括依次连接的沉淀剂池、混凝池、沉淀池、旋转水力空化器、空化射流发生器和超声波空化器；沉淀池与旋转水力空化器之间的连接管道上设置有水泵，旋转水力空化器还与芬顿试剂池连接，旋转水力空化器与空化射流发生器的连接管路上设置有水泵。

2.根据权利要求1所述的有机废水三级水力空化处理系统，其特征是：所述旋转水力空化器，包括定子，定子内形成空化腔，定子的两侧均安装有转子，转子伸出空化腔的一端与传动装置连接，转子处于空化腔内的一端为轮盘，轮盘的外周和空化腔的内壁上均分布有盲孔，定子的一端设置有试剂管和进液口，另一端设置有出液口。

3.根据权利要求2所述的有机废水三级水力空化处理系统，其特征是：所述转子的转速为2800r/min～3600转/分钟。

4.根据权利要求2所述的有机废水三级水力空化处理系统，其特征是：所述轮盘的直径为100-400mm。所述盲孔的直径为30mm，深度为40mm。

5.根据权利要求2所述的有机废水三级水力空化处理系统，其特征是：所述轮盘外侧与定子的空化腔内壁之间各处的间隙为4mm～8mm。

6.根据权利要求2所述的有机废水三级水力空化处理系统，其特征是：所述空化腔内两个轮盘相对面之间各处的间隙为4mm～8mm。

7.根据权利要求2所述的有机废水三级水力空化处理系统，其特征是：所述试剂管和进液口所在定子的位置与出液口所在定子的位置为对角关系。

8.根据权利要求1所述的有机废水三级水力空化处理系统，其特征是：所述空化射流发生器，包括对冲空化射流腔，对冲空化射流腔的一端设置有上喷嘴，另一端设置有下喷嘴，上喷嘴与进液管连接。

9.根据权利要求8所述的有机废水三级水力空化处理系统，其特征是：所述对冲空化射流腔内的碰撞角度a为120°，碰撞腔长L为65mm，碰撞腔直径D为95mm。

10.根据权利要求8所述的有机废水三级水力空化处理系统，其特征是：所述上喷嘴的喷孔直径d1为8mm，下喷嘴的喷孔d2为16mm。