CN112062263A - 一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置及其使用方法，包括臭氧投加系统、虹吸式循环管路系统、密闭反应装置，臭氧投加系统包括臭氧发生器、气体流量计、气体控制阀门、曝气头，虹吸式循环管路系统包括循环水泵、密闭曝气箱、虹吸管道、循环控制阀、出水控制阀门，密闭反应装置包括安全排气阀、压力表、进水阀、密闭反应罐、排水阀门；本发明通过负压和低压曝气提高了水中臭氧含量，增强了氧化效果。克服了气体加压而温度升高和不能持续的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置及其使用方法，用来提高水中的臭氧含量，增强氧化效果，适用于工业有机废水、含油废水和食品工业废水等污水处理。
背景技术
臭氧的氧化效果好，可快速除去废水中的有机污染物，而自身分解为氧气，不会造成二次污染，在工业污水处理中被采用。通过臭氧氧化可去除水中色度、嗅度，可降低高锰酸盐指数，将难生物降解的污染物分解为易生物降解的化合物，提高污水的可生化性，同时具有消毒、灭菌等作用。在当今对废水进行深度处理的方法中，无论是吸附法、电化学法还是Fenton氧化法，不是成本高，就是电耗大，应用臭氧氧化技术既可以实现有机物的有效降解，进行有效的脱色，又能降低废水深度处理的投资成本，还可以减少废水的污染。
一般的臭氧氧投加都在常压情况下进行，水中的臭氧浓度低，氧化效果较差，采用加压可以曝气增大臭氧在水中的溶解度，提高水中的臭氧含量，但用气泵或空压机加压，臭氧温度上升很快，分解加剧，因此加压投加臭氧是一个技术难题。
本发明提出了一种虹吸式低压曝气、高压溶气的臭氧处理废水装置，虹吸式水气循环管道既能降低曝气点的压力，使臭氧能在常压或负压状态下投加，又能增加反应罐内的压力，使得溶解于废水中的臭氧得到提升，并通过加压溶气产生微纳米气泡，促进羟基自由基生成，使得氧化效果进一步提升。
发明内容
本发明目的是针对上述问题，提供一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置及其使用方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置，其特征在于：包括臭氧投加系统、虹吸式循环管路系统、密闭反应装置，其中，臭氧投加系统包括臭氧发生器、气体流量计、气体控制阀门、曝气头，虹吸式循环管路系统包括循环水泵、密闭曝气箱、虹吸管道、循环控制阀、出水控制阀门，密闭反应装置包括安全排气阀、压力表、进水阀、密闭反应罐、排水阀门；
所述臭氧发生器经第一管道与密闭曝气箱贯通连接，气体流量计、气体控制阀门安装于第一管道上，所述曝气头置于密闭曝气箱内，且与第一管道贯通连接；
所述安全排气阀、压力表、进水阀安装于密闭反应罐顶部，排水阀门安装于密闭反应罐底部；
所述虹吸管道的一端与密闭曝气箱贯通连接，另一端与密闭反应罐贯通连接，且虹吸管道上安装有循环控制阀；
还设有第二管道，第二管道的一端与密闭曝气箱贯通连接，另一端与密闭反应罐贯通连接，且第二管道上安装有循环水泵，循环水泵、密闭反应罐之间的第二管道上安装有出水控制阀门；
所述密闭曝气箱的高度高于密闭反应罐的高度。
还设有曝气箱支架，密闭曝气箱设置于曝气箱支架上。
还设有反应罐支架，密闭反应罐设置于反应罐支架上。
所述循环控制阀、出水控制阀门安装于密闭反应罐底部。
所述第二管道与密闭曝气箱贯通处位于密闭曝气箱的底部。
所述密闭反应罐顶部与底部使用法兰密封，密闭反应罐为圆柱体结构形式；安全排气阀为定压缓释阀。
一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置进行使用方法，其特征在于：步骤为：
1)、初始阶段；
气体控制阀门、循环控制阀、出水控制阀门和排水阀门都处于关闭状态，打开进水阀，在密闭反应罐内装入待处理废水，保持待处理废水液面上方留有空间；
2)、启动阶段；
关闭进水阀，打开气体控制阀门、循环控制阀、出水控制阀门，启动循环水泵,密闭反应罐内待处理废水经出水控制阀门、循环水泵、第二管道进入密闭曝气箱，由于在能量守恒条件下重力势能的提升压力势能降低，密闭曝气箱中的压力很低；启动臭氧发生器，产生的臭氧经气体流量计、气体控制阀门、第一管道、曝气头进入密闭曝气箱与密闭曝气箱内的待处理废水实现低压曝气，随着水气循环，水气经虹吸管道、循环控制阀进入密闭反应罐后臭氧释放到密闭反应罐内待处理废水的上方，逐步增加密闭反应罐内的压力直到溶气压力，此时密闭反应罐上方的安全排气阀开始排气，稳定工作后密闭反应罐维持溶气状态，实现高浓度臭氧处理废水的目的；
3)、稳定运行阶段；
当密闭反应罐内的压力达到设定压力时，安全排气阀把多余的气体排出使密闭反应罐内的压力稳定，进入稳定工作状态；
4)、排水阶段；
在待处理废水臭氧氧化处理完成后，关闭循环水泵和臭氧发生器，关闭气体控制阀门、循环控制阀、出水控制阀门，打开排水阀门，将处理好的废水排出。
步骤2)中，开启臭氧发生器和循环水泵，密闭反应罐内的压力逐渐升高，进入循环加压状态。
步骤2)中，密闭曝气箱与密闭反应罐之间由于存在高度差而产生虹吸作用，高度差的距离为H，把带有臭氧的混合废水从密闭曝气箱内带入到密闭反应罐内，随着气体的不断增加，臭氧浓度提高，同时密闭反应罐内压力也升高。
步骤2)中，密闭曝气箱与密闭反应器之间存在高差H，当
时，使得密闭曝气箱内始终处于常压或负压状态下进行曝气，解决了压力升高后因阻力过大难于曝气的问题；
中，p为密闭反应罐的额定压力，比重γ=ρg，ρ为废水密度，g为重力加速度。
本发明方法先进、结构合理，通过本发明提供的一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置及其使用方法，结构上由臭氧投加系统、虹吸式循环管路系统与密闭反应罐构成，通过在虹吸式循环管道最高处设置密闭曝气箱，利用高度的提升降低密闭曝气箱中压力，使臭氧能在常压或负压状态下投加到循环管道中，水气进入密闭反应罐后臭氧释放到罐内污水的上方，逐步增加反应罐内的压力直到溶气压力，此时反应罐上方的定压排气阀开始排气，稳定工作后反应罐维持溶气状态。发明解决了臭氧加压投加的难题，可大幅提高溶解于废水中的臭氧浓度，使得氧化效果进一步提升。
所述臭氧投加系统由臭氧发生器、气体控制阀、气体流量计、曝气头组成等，用于投加臭氧；所述虹吸式循环管路系统包括循环水泵、密闭曝气箱、虹吸管道、循环调节阀、出水控制阀门组成，通过水气循环实现低压曝气和对反应罐增压；所述密闭反应罐由罐体、排水阀门、压力表、安全排气阀组成，用于对废水的加压溶气处理。
所述密闭反应罐顶部与底部使用法兰密封，采用圆柱体结构形式，顶部设置进水阀、安全排气阀和压力表，底部设置有循环调节阀、出水控制阀和排水阀。
所述密闭反应罐顶部上设置安全排气阀为定压缓释阀，用于稳定罐内气压。
所述密闭曝气箱与密闭反应罐的连接管道为虹吸管道，其高度大于定压排气阀所设置压力的水柱高度。
本发明通过负压和低压曝气提高了水中臭氧含量，增强了氧化效果。克服了气体加压而温度升高和不能持续的问题。
工作原理
打开进水阀，在密闭反应罐内装入待处理废水，保持液面上方有一定的空间，关闭进水阀，启动循环水泵，此时由于虹吸式管道系统的虹吸作用，密闭曝气箱中的压力很低，启动臭氧发生器，实现低压曝气，随着水气循环，水气进入密闭反应罐后臭氧释放到罐内污水的上方，逐步增加反应罐内的压力直到溶气压力，此时反应罐上方的定压排气阀开始排气，稳定工作后反应罐维持溶气状态，实现高浓度臭氧处理废水的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1臭氧发生器、2气体流量计、3气体控制阀门、4密闭曝气箱、5曝气头、6虹吸管道、7循环水泵、8安全排气阀、9压力表、10进水阀、11密闭反应罐、12循环控制阀、13出水控制阀门、14排水阀门、15反应罐支架、16曝气箱支架。
具体实施方式
结合实施例对本发明技术方案进一步说明，但本发明的内容并不局限于此。
一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置，包括臭氧投加系统、虹吸式循环管路系统、密闭反应装置，其中，臭氧投加系统包括臭氧发生器1、气体流量计2、气体控制阀门3、曝气头5，虹吸式循环管路系统包括循环水泵7、密闭曝气箱4、虹吸管道6、循环控制阀12、出水控制阀门13，密闭反应装置包括安全排气阀8、压力表9、进水阀10、密闭反应罐11、排水阀门14；臭氧发生器1经第一管道与密闭曝气箱4贯通连接，气体流量计2、气体控制阀门3安装于第一管道上，曝气头5置于密闭曝气箱4内，且与第一管道贯通连接；安全排气阀8、压力表9、进水阀10安装于密闭反应罐11顶部，排水阀门14安装于密闭反应罐11底部。
虹吸管道6的一端与密闭曝气箱4贯通连接，另一端与密闭反应罐11贯通连接，且虹吸管道6上安装有循环控制阀12；还设置有第二管道，第二管道的一端与密闭曝气箱4贯通连接，另一端与密闭反应罐11贯通连接，且第二管道上安装有循环水泵7，循环水泵7、密闭反应罐11之间的第二管道上安装有出水控制阀门13；密闭曝气箱4的高度高于密闭反应罐11的高度。
进一步的，还设置有曝气箱支架16、反应罐支架15，密闭曝气箱4设置于曝气箱支架16上，密闭反应罐11设置于反应罐支架15上。循环控制阀12、出水控制阀门13安装于密闭反应罐11底部。第二管道与密闭曝气箱4贯通处位于密闭曝气箱4的底部。密闭反应罐11顶部与底部使用法兰密封，密闭反应罐11为圆柱体结构形式；安全排气阀8为定压缓释阀。
一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置进行使用方法，步骤为：
1)、初始阶段；
气体控制阀门3、循环控制阀12、出水控制阀门13和排水阀门14都处于关闭状态，打开进水阀10，在密闭反应罐11内装入待处理废水，保持待处理废水液面上方留有空间；
2)、启动阶段；
关闭进水阀10，打开气体控制阀门3、循环控制阀12、出水控制阀门13，启动循环水泵7,密闭反应罐11内待处理废水经出水控制阀门13、循环水泵7、第二管道进入密闭曝气箱4，由于在能量守恒条件下重力势能的提升压力势能降低，密闭曝气箱4中的压力很低；启动臭氧发生器1，产生的臭氧经气体流量计2、气体控制阀门3、第一管道、曝气头5进入密闭曝气箱4与密闭曝气箱4内的待处理废水实现低压曝气，随着水气循环，水气经虹吸管道6、循环控制阀12进入密闭反应罐11后臭氧释放到密闭反应罐11内待处理废水的上方，逐步增加密闭反应罐11内的压力直到溶气压力，此时密闭反应罐11上方的安全排气阀9开始排气，稳定工作后密闭反应罐11维持溶气状态，实现高浓度臭氧处理废水的目的；
3)、稳定运行阶段；
当密闭反应罐11内的压力达到设定压力时，安全排气阀8把多余的气体排出使密闭反应罐11内的压力稳定，进入稳定工作状态；
4)、排水阶段；
在待处理废水臭氧氧化处理完成后，关闭循环水泵7和臭氧发生器1，关闭气体控制阀门3、循环控制阀12、出水控制阀门13，打开排水阀门14，将处理好的废水排出。
步骤2)中，开启臭氧发生器1和循环水泵7，密闭反应罐11内的压力逐渐升高，进入循环加压状态。密闭曝气箱4与密闭反应罐11之间由于存在高度差而产生虹吸作用，高度差的距离为H，把带有臭氧的混合废水从密闭曝气箱4内带入到密闭反应罐11内，随着气体的不断增加，臭氧浓度提高，同时密闭反应罐11内压力也升高。
密闭曝气箱4与密闭反应器11之间存在高差H，当
时，使得密闭曝气箱4内始终处于常压或负压状态下进行曝气，解决了压力升高后因阻力过大难于曝气的问题；
中，p为密闭反应罐11的额定压力，比重γ＝ρg，ρ为废水密度，g为重力加速度。
Claims (10)
1.一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置，其特征在于：包括臭氧投加系统、虹吸式循环管路系统、密闭反应装置，其中，臭氧投加系统包括臭氧发生器(1)、气体流量计(2)、气体控制阀门(3)、曝气头(5)，虹吸式循环管路系统包括循环水泵(7)、密闭曝气箱(4)、虹吸管道(6)、循环控制阀(12)、出水控制阀门(13)，密闭反应装置包括安全排气阀(8)、压力表(9)、进水阀(10)、密闭反应罐(11)、排水阀门(14)；
所述臭氧发生器(1)经第一管道与密闭曝气箱(4)贯通连接，气体流量计(2)、气体控制阀门(3)安装于第一管道上，所述曝气头(5)置于密闭曝气箱(4)内，且与第一管道贯通连接；
所述安全排气阀(8)、压力表(9)、进水阀(10)安装于密闭反应罐(11)顶部，排水阀门(14)安装于密闭反应罐(11)底部；
所述虹吸管道(6)的一端与密闭曝气箱(4)贯通连接，另一端与密闭反应罐(11)贯通连接，且虹吸管道(6)上安装有循环控制阀(12)；
还设有第二管道，第二管道的一端与密闭曝气箱(4)贯通连接，另一端与密闭反应罐(11)贯通连接，且第二管道上安装有循环水泵(7)，循环水泵(7)、密闭反应罐(11)之间的第二管道上安装有出水控制阀门(13)；
所述密闭曝气箱(4)的高度高于密闭反应罐(11)的高度。
2.根据权利要求1所述的一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置，其特征在于：还设有曝气箱支架(16)，密闭曝气箱(4)设置于曝气箱支架(16)上。
3.根据权利要求1所述的一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置，其特征在于：还设有反应罐支架(15)，密闭反应罐(11)设置于反应罐支架(15)上。
4.根据权利要求1所述的一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置，其特征在于：所述循环控制阀(12)、出水控制阀门(13)安装于密闭反应罐(11)底部。
5.根据权利要求1所述的一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置，其特征在于：所述第二管道与密闭曝气箱(4)贯通处位于密闭曝气箱(4)的底部。
6.根据权利要求1所述的一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置，其特征在于：所述密闭反应罐(11)顶部与底部使用法兰密封，密闭反应罐(11)为圆柱体结构形式；安全排气阀(8)为定压缓释阀。
7.根据权利要求1-6任意一项权利要求所述的一种虹吸式低压曝气高压溶气的臭氧处理废水装置进行使用方法，其特征在于：步骤为：
1)、初始阶段；
气体控制阀门(3)、循环控制阀(12)、出水控制阀门(13)和排水阀门(14)都处于关闭状态，打开进水阀(10)，在密闭反应罐(11)内装入待处理废水，保持待处理废水液面上方留有空间；
2)、启动阶段；
关闭进水阀(10)，打开气体控制阀门(3)、循环控制阀(12)、出水控制阀门(13)，启动循环水泵(7),密闭反应罐(11)内待处理废水经出水控制阀门(13)、循环水泵(7)、第二管道进入密闭曝气箱(4)，由于在能量守恒条件下重力势能的提升压力势能降低，密闭曝气箱(4)中的压力很低；启动臭氧发生器(1)，产生的臭氧经气体流量计(2)、气体控制阀门(3)、第一管道、曝气头(5)进入密闭曝气箱(4)与密闭曝气箱(4)内的待处理废水实现低压曝气，随着水气循环，水气经虹吸管道(6)、循环控制阀(12)进入密闭反应罐(11)后臭氧释放到密闭反应罐(11)内待处理废水的上方，逐步增加密闭反应罐(11)内的压力直到溶气压力，此时密闭反应罐(11)上方的安全排气阀(9)开始排气，稳定工作后密闭反应罐(11)维持溶气状态，实现高浓度臭氧处理废水的目的；
3)、稳定运行阶段；
当密闭反应罐(11)内的压力达到设定压力时，安全排气阀(8)把多余的气体排出使密闭反应罐(11)内的压力稳定，进入稳定工作状态；
4)、排水阶段；
在待处理废水臭氧氧化处理完成后，关闭循环水泵(7)和臭氧发生器(1)，关闭气体控制阀门(3)、循环控制阀(12)、出水控制阀门(13)，打开排水阀门(14)，将处理好的废水排出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤2)中，开启臭氧发生器(1)和循环水泵(7)，密闭反应罐(11)内的压力逐渐升高，进入循环加压状态。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤2)中，密闭曝气箱(4)与密闭反应罐(11)之间由于存在高度差而产生虹吸作用，高度差的距离为H，把带有臭氧的混合废水从密闭曝气箱(4)内带入到密闭反应罐(11)内，随着气体的不断增加，臭氧浓度提高，同时密闭反应罐(11)内压力也升高。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤2)中，密闭曝气箱(4)与密闭反应器(11)之间存在高差H，当
时，使得密闭曝气箱(4)内始终处于常压或负压状态下进行曝气，解决了压力升高后因阻力过大难于曝气的问题；
中，p为密闭反应罐(11)的额定压力，比重γ＝ρg，ρ为废水密度，g为重力加速度。
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