CN112358075A - 一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置及其应用方法。通过产生臭氧的臭氧产生单元和发生超声波的超声波发生单元，以及将所述臭氧与所述超声波汇集一处并对含氯废水实时协同处理的废水处理单元；所述装置还包括用于回收所述废水处理单元处理后的废水的废水回收单元，以及用于存储含氯废水或所述废水处理单元处理后不达标废水的废水存储单元，以及用于消除毁灭所述废水处理单元中未反应完全的臭氧的臭氧毁灭单元。可以实现整个反应是在无缝衔接条件下进行的，对环境没有二次污染，充分利用超声波空化效应和机械效应，还利用臭氧强氧化性的特性，提高脱除率、节约能耗、降低成本、实现资源循环利用。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置及其应用方法。
背景技术
随着工业社会的不断发展，水资源日益紧缺，废酸排放标准逐年严苛，人们致力于工业废水的循环利用，提高水的利用效率。工业含氯废水主要来源有工业原料，以及工业操作中添加的化学试剂。近年来矿产资源的不断开采，矿石趋于贫、细、杂，导致精矿品位低、杂质含量高，在湿法冶炼工艺中带来高浓度的氯化物。中国作为世界上最大的含氯产品生产国之一，在生产和使用中会将一部分含有机氯化物的污水排放到就近的河流湖泊导致氯化物含量超标。日常生活中，最为常见的用于饮用水和污水消毒后的氯副产物以及垃圾焚烧后带来的大量含氯物质。
工业废水中含有大量氯离子，若是未经处理直接排放将会引起许多环境问题，动植物体内的氯化物含量超过一定值时，会引起中毒现象；湿法冶炼工艺中的氯离子，不仅加速泵及搅拌机等设备腐蚀断裂，造成泵壳，轴套等部件的腐蚀溶解，而且电解过程中氯离子腐蚀阳极板，并导致腐蚀产物在阴极沉积，影响产品质量；含氯废水排入土壤，将造成土壤盐碱化。在我国大多数地区都限制溶液中氯化钠含量。污水达标排放只是工业废水处理的最低标准，要构建资源节约、环境友好、人与自然和谐共处的社会，应通过规范管理、设备维护和优化运行，使污水以最低限值排放。大量的氯化物进入环境对环境和生物造成严重的危害，因此研究氯离子的去除技术就显得意义非凡。并且，诸多冶金企业均存在湿法系统高效脱氯的技术需求。
目前针对稀土生产含氯废水的处理方法很多，比如沉淀盐法、分离拦截法、离子交换法、氧化还原法等。但这些方法都存在一定的不足，如沉淀盐法，大多数沉淀剂都比较昂贵而且所得沉淀物难以回收二次利用，造成二次污染，而石灰铝盐沉淀法产生的渣量比较大，成本较高。离子交换法针对高浓度含氯废水存在较大局限性。分离拦截法的运用大多停留在实验室阶段，难以实现工业应用。因此，针对以上的技术问题，急需设计和开发一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置及其应用方法。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置。
本发明的第二目的在于提供一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置的应用方法。
本发明的第一目的是这样实现的：所述的装置具体包括：产生臭氧的臭氧产生单元和发生超声波的超声波发生单元，以及将所述臭氧与所述超声波汇集一处并对含氯废水实时协同处理的废水处理单元；所述装置还包括用于回收所述废水处理单元处理后的废水的废水回收单元，以及用于存储含氯废水或所述废水处理单元处理后不达标废水的废水存储单元，以及用于消除毁灭所述废水处理单元中未反应完全的臭氧的臭氧毁灭单元。
本发明的第二目的是这样实现的：所述的方法具体包括如下步骤：
将含氯离子浓度为1000~100mg/L的废水调节pH值为1~ 5，通过输送泵17和第一输送管道18将废水泵入废水处理单元中的反应槽28；
打开臭氧发生器5并打开氧气储气瓶1的阀门，调节气体流量至0.1~1L•min-1之间，同时将超声波探头10置于反应槽28内与废水直接接触，开启超声波发生器11发生超声波，将调节超声波功率调节至320~ 600W，频率为20~ 30kHZ，超声强化时间30~ 180min，反应温度30~ 100℃；
将反应槽28中反应产生的气体经过气体收集管12进入气体吸收装置13，通过水喷淋方式制得稀盐酸，未反应完全的臭氧进入臭氧毁灭装置14处理，反应完成后废水进入废水回收水槽19，经氯离子选择电极装置22检测，达标的废水排放至达标水回收槽24，未达标再返回废水储液槽16，并重新泵入废水处理单元中的反应槽28中继续处理，直至达标。
本发明通过一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置及其应用方法，可以实现臭氧生产过程快速简单，原料来源广泛，即能使用空气制臭氧，也能用氧气制臭氧，产气速度快（3~5min），成本低廉；
其次，本发明方案方法利用超声波的空化效应，强烈机械扰动，缩短反应时间，节约成本；通过采用鼓入臭氧的方式，能与液体反应且能起搅拌作用，增大气液接触面，强化气液反应；
再者，本发明方案采用水喷淋的方法处理尾气，操作简单，节约能耗，实现资源循环利用，并且反应完成后产生的废气在密闭的环境中进入臭氧毁灭装置，未与环境接触，造成大气污染，避免二次污染；
换言之，所述装置可以实现整个反应是在无缝衔接条件下进行，对环境没有二次污染，充分利用超声波空化效应和机械效应，还利用臭氧强氧化性的特性，提高脱除率、节约能耗、降低成本、实现资源循环利用。
附图说明
图 1为本发明一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置架构示意图；
图 2为本发明一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置优选实施例架构示意图；
图 3为本发明一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置的应用方法流程示意图；
图中：
1-氧气储气瓶；2-气体流量计；3-循环水出口；4-臭氧流量计；5-臭氧发生器；6-进水调节阀；7-进水口；8-气体管道；9-气泡石；10-超声波探头；11-超声波发生器；12-气体收集管；13-气体吸收装置；14-臭氧毁灭装置；15-液体流量计；16-废水储液槽；17-输送泵；18-第一输送管道；19-废水回收水槽；20-第三输送管道；21-压力泵；22-氯离子选择电极装置；23-止水阀门；231-第一止水阀门；232-第二止水阀门；24-达标水回收槽；25-通孔；251-第一通孔；252-第二通孔；253-第三通孔；254-第四通孔；26-第二输送管道；27-第四输送管道；28-反应槽；29-槽盖。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，以便所属领域技术人员详细了解本发明，但不以任何方式对本发明加以限制。依据本发明的技术启示所做的任何变换或改进均属于本发明的保护范围。
以下结合附图对本发明作进一步阐述。
如图1~3所示，本发明提供了一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置，所述的装置具体包括：产生臭氧的臭氧产生单元和发生超声波的超声波发生单元，以及将所述臭氧与所述超声波汇集一处并对含氯废水实时协同处理的废水处理单元；所述装置还包括用于回收所述废水处理单元处理后的废水的废水回收单元，以及用于存储含氯废水或所述废水处理单元处理后不达标废水的废水存储单元，以及用于消除毁灭所述废水处理单元中未反应完全的臭氧的臭氧毁灭单元。
所述臭氧产生单元中，依次设置有氧气储气瓶1和臭氧发生器5；并通过气体管道8将所述臭氧发生器5产生的臭氧输送至所述的废水处理单元；所述的氧气储气瓶1和臭氧发生器5之间设置有气体流量计2；所述的述臭氧发生器5和所述的废水处理单元之间设置有臭氧流量计4。
所述超声波发生单元中设置有超声波发生器11，以及置于所述废水处理单元中与废水接触的超声波探头10。
所述的废水存储单元中设置有废水储液槽16，所述的废水储液槽16底端设置有第一通孔251，所述的第一通孔251通过第一输送管道18与所述的废水处理单元连接，实时将废水通过所述的第一输送管道18输送至所述的废水处理单元中；所述的废水储液槽16与所述的废水处理单元之间依次设置有输送泵17和液体流量计15。
所述的废水回收单元中设置有废水回收水槽19和用于检测所述废水回收水槽19中氯离子浓度的氯离子选择电极装置22，以及通过第二输送管道26连接的达标水回收槽24；所述的废水回收水槽19底端设置有第二通孔252和第三通孔253；所述的第二通孔252通过第二输送管道26连接的达标水回收槽24；所述的第三通孔253通过第三输送管道20和所述废水存储单元中的废水储液槽16连接。
所述的第二输送管道26上设置有第一止水阀门231；所述的第三输送管道20上依次设置有第二止水阀门232和压力泵21。
所述的废水处理单元中设置有反应槽28；所述反应槽28的上端设置有槽盖29，所述槽盖29上设置有气体出口；所述气体出口通气体收集管12与所述的臭氧毁灭单元连接。
所述反应槽28的底端设置有气泡石9和第四通孔254；
所述的气泡石9通过气体管道8和所述的臭氧产生单元连接；
所述反应槽28通过所述的第四通孔254以及第四输送管道和所述的废水回收单元连接。
所述的臭氧毁灭单元中设置有气体吸收装置13，以及通过气体收集管12连接的臭氧毁灭装置14。
具体地，在本发明实施例中，提供一种超声波-臭氧协同处理含氯废水的装置，包括氧气储气瓶1、气体流量计2、循环水出口3、臭氧流量计4、臭氧发生器5、进水调节阀6、进水口7、气体管道8、气泡石9、超声波探头10、超声波发生器11、气体收集管12、气体吸收装置13、臭氧毁灭装置14、液体流量计15、废水储液槽16、输送泵17、第一输送管道18、废水回收水槽19、第三输送管道20、压力泵21、氯离子选择电极装置22、止水阀门23、达标水回收槽24；废水储液槽 16 底部通过输送泵17和第一输送管道18连接溶液进入反应槽28，反应槽28的底部与臭氧发生器5出口通过气体管道8连接；超声波探头10与臭氧同时与溶液接触并反应，反应槽28的槽盖29上设有气体出口，反应产生的气体与未反应完全的臭氧首先进入气体吸收装置13，通过水喷淋吸收产生稀盐酸，然后臭氧进入臭氧毁灭装置14，超声波装置与臭氧装置同时工作。
较佳地，氧气储气瓶1内的氧气通过臭氧发生器5产生臭氧；超声波发生器11通过电线连接超声波探头10，置于反应槽28内，直接作用于废水。
气体吸收装置13通过气管连接臭氧毁灭装置14；气体吸收装置13内采用水喷淋的方式将产生的氯气快速吸收，生成稀盐酸；产生的臭氧通过气体管道8连接气泡石9进入溶液中。所述装置在无缝衔接的条件下操作，不存在气体泄漏等安全故障，对环境无二次污染。
换言之，废水储液槽16底部通过输送泵17和第一输送管道18连接溶液进入反应槽28，反应槽28的底部与臭氧发生器5出口通过气体管道8连接；超声波探头10与臭氧同时与溶液接触并反应，反应槽28的槽盖29上设有气体出口，反应产生的气体与未反应完全的臭氧首先进入气体吸收装置13，通过水吸收产生稀盐酸，然后臭氧进入臭氧毁灭装置14。即所述臭氧发生器5连接有气体臭氧流量计4，且臭氧进入反应槽28与溶液接触。所述超声波发生器5连接超声波探头10进入反应槽28内，可调节超声波功率、频率。反应产生的气体进入气体吸收装置13，通过水喷淋产生稀盐酸。经尾气吸收处理后的臭氧进入臭氧毁灭装置14。
本发明还提供了一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置的应用方法，如图2所示，所述的方法具体包括如下步骤：
将含氯离子浓度为1000~100mg/L的废水调节pH值为1~ 5，通过输送泵17和第一输送管道18将废水泵入废水处理单元中的反应槽28；
打开臭氧发生器5并打开氧气储气瓶1的阀门，调节气体流量至0.1~1L•min-1之间，同时将超声波探头10置于反应槽28内与废水直接接触，开启超声波发生器11发生超声波，将调节超声波功率调节至320~ 600W，频率为20~ 30kHZ，超声强化时间30~ 180min，反应温度30~ 100℃；
将反应槽28中反应产生的气体经过气体收集管12进入气体吸收装置13，通过水喷淋方式制得稀盐酸，未反应完全的臭氧进入臭氧毁灭装置14处理，反应完成后废水进入废水回收水槽19，经氯离子选择电极装置22检测，达标的废水排放至达标水回收槽24，未达标再返回废水储液槽16，并重新泵入废水处理单元中的反应槽28中继续处理，直至达标。
也就是说，首先将含氯离子浓度为1000~100mg/L的废水调节pH值1~5，通过输液泵17和输液管（即第一输送管道18）将废水泵入反应槽。
打开臭氧发生器并打开氧气储气瓶阀门，调节气体流量（0.1~1L•min-1），超声波探头置于反应槽内与废水直接接触，开启超声波并调节超声波功率320~600W，频率20~30kHZ，超声强化时间30~180min，反应温度30~100℃。
反应产生的气体经过气体管道进入气体吸收装置，通过水喷淋方式制得稀盐酸，未反应完全的臭氧进入臭氧毁灭装置处理。反应完成后废水进入废水回收水槽，经氯离子选择电极检测，达标排放（氯离子浓度<200mg/L），未达标再返回继续处理，直至达标。
本发明方案通过一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置及其应用方法，可以实现臭氧生产过程快速简单，原料来源广泛，即能使用空气制臭氧，也能用氧气制臭氧，产气速度快（3~5min），成本低廉；
其次，本发明方案方法利用超声波的空化效应，强烈机械扰动，缩短反应时间，节约成本；通过采用鼓入臭氧的方式，能与液体反应且能起搅拌作用，增大气液接触面，强化气液反应；
再者，本发明方案采用水喷淋的方法处理尾气，操作简单，节约能耗，实现资源循环利用，并且反应完成后产生的废气在密闭的环境中进入臭氧毁灭装置，未与环境接触，造成大气污染，避免二次污染。
实施例1
该超声波-臭氧协同处理含氯废水装置的应用方法，其具体步骤如下：
处理模拟工业含氯废水（氯离子浓度839mg•L-1），模拟废水中含有少量Mn2+，使用超声波-臭氧协同的方式，调节溶液pH值1，然后通过输液泵和输液管将溶液泵入反应槽内；打开臭氧发生器并调节气体流量计至0.3L•min-1，使得产生的臭氧通过气泡石进入反应槽；设置超声波功率600W、频率20kHz并将其开启，超声处理120min，温度升高至70℃；反应槽的槽盖上设有气体出口，反应产生的气体经过气体管道进入气体吸收装置，通过水喷淋方式制得稀盐酸，未反应完全的臭氧进入臭氧毁灭装置处理。反应完成后废水进入废水回收水槽，经氯离子选择电极检测，达标排放，未达标再返回继续处理，直至达标。整个过程无缝衔接，不涉及安全隐患。
本实施例氯离子的去除率达到78%，最终排出的含氯废水＜200mg•L-1。
实施例2
待处理含氯废水为湿法冶金硫酸锌电解液，其主要成分有H2SO4 160 g•L−1，Zn2+ 40g•L−1，Cl−400 mg•L−1。将置于废水水槽中的硫酸锌电解液调节pH值1；然后通过输液泵和输液管按照1L•h-1输送到反应槽；打开臭氧发生器并调节气体流量计至0.4L•min-1，使得产生的臭氧进入反应槽，臭氧通过气泡石进入溶液，不会在反应槽内造成喷溅；设置超声波功率480W、频率20kHz，将超声波探头插入溶液内并将其开启，超声处理100min，温度升高至100℃；反应槽的槽盖上设有气体出口，反应产生的气体经过气体管道进入气体吸收装置，通过水喷淋方式制得稀盐酸，未反应完全的臭氧进入臭氧毁灭装置处理。反应完成后废水进入废水回收水槽，经氯离子选择电极检测，达标排放，未达标再返回继续处理，直至达标。整个过程无缝衔接，不涉及安全隐患。
本实施例中氯离子的去除率达到98%，最终排出的含氯废水＜10mg•L-1。
实施例3
处理模拟工业含氯废水（氯离子浓度500mg•L-1），使用超声波-臭氧协同的方式，调节溶液pH值3，然后通过输液泵和输液管将溶液泵入反应槽内；打开臭氧发生器并调节气体流量计至0.6L•min-1，使得产生的臭氧通过气泡石进入反应槽；设置超声波功率540W、频率25kHz并将其开启，超声处理150min，温度升高至85℃；反应槽的槽盖上设有气体出口，反应产生的气体经过气体管道进入气体吸收装置，通过水喷淋方式制得稀盐酸，未反应完全的臭氧进入臭氧毁灭装置处理。反应完成后废水进入废水回收水槽，经氯离子选择电极检测，达标排放，未达标再返回继续处理，直至达标。整个过程无缝衔接，不涉及安全隐患。
本实施例氯离子的去除率达到82%，最终排出的含氯废水＜100mg•L-1。
实施例4
处理模拟工业含氯废水（氯离子浓度200mg•L-1），使用超声波-臭氧协同的方式，调节溶液pH值2，然后通过输液泵和输液管将溶液泵入反应槽内；打开臭氧发生器并调节气体流量计至0.3L•min-1，使得产生的臭氧通过气泡石进入反应槽；设置超声波功率480W、频率21kHz并将其开启，超声处理100min，温度升高至70℃；反应槽的槽盖上设有气体出口，反应产生的气体经过气体管道进入气体吸收装置，通过水喷淋方式制得稀盐酸，未反应完全的臭氧进入臭氧毁灭装置处理。反应完成后废水进入废水回收水槽，经氯离子选择电极检测，达标排放，未达标再返回继续处理，直至达标。整个过程无缝衔接，不涉及安全隐患。
本实施例氯离子的去除率达到98%，最终排出的含氯废水＜5mg•L-1。
Claims (10)
1.一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置，其特征在于，所述的装置具体包括：产生臭氧的臭氧产生单元和发生超声波的超声波发生单元，以及将所述臭氧与所述超声波汇集一处并对含氯废水实时协同处理的废水处理单元；所述装置还包括用于回收所述废水处理单元处理后的废水的废水回收单元，以及用于存储含氯废水或所述废水处理单元处理后不达标废水的废水存储单元，以及用于消除毁灭所述废水处理单元中未反应完全的臭氧的臭氧毁灭单元。
2.根据权利要求1所述的一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置，其特征在于，所述臭氧产生单元中，依次设置有氧气储气瓶（1）和臭氧发生器（5）；并通过气体管道（8）将所述臭氧发生器（5）产生的臭氧输送至所述的废水处理单元；所述的氧气储气瓶（1）和臭氧发生器（5）之间设置有气体流量计（2）；所述的述臭氧发生器（5）和所述的废水处理单元之间设置有臭氧流量计（4）。
3.根据权利要求1所述的一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置，其特征在于，所述超声波发生单元中设置有超声波发生器（11），以及置于所述废水处理单元中与废水接触的超声波探头（10）。
4.根据权利要求1所述的一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置，其特征在于，所述的废水存储单元中设置有废水储液槽（16），所述的废水储液槽（16）底端设置有第一通孔（251），所述的第一通孔（251）通过第一输送管道（18）与所述的废水处理单元连接，实时将废水通过所述的第一输送管道（18）输送至所述的废水处理单元中；所述的废水储液槽（16）与所述的废水处理单元之间依次设置有输送泵（17）和液体流量计（15）。
5.根据权利要求1所述的一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置，其特征在于，所述的废水回收单元中设置有废水回收水槽（19）和用于检测所述废水回收水槽（19）中氯离子浓度的氯离子选择电极装置（22），以及通过第二输送管道（26）连接的达标水回收槽（24）；所述的废水回收水槽（19）底端设置有第二通孔（252）和第三通孔（253）；所述的第二通孔（252）通过第二输送管道（26）连接的达标水回收槽（24）；所述的第三通孔（253）通过第三输送管道（20）和所述废水存储单元中的废水储液槽（16）连接。
6.根据权利要求5所述的一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置，其特征在于，所述的第二输送管道（26）上设置有第一止水阀门（231）；所述的第三输送管道（20）上依次设置有第二止水阀门（232）和压力泵（21）。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置，其特征在于，所述的废水处理单元中设置有反应槽（28）；所述反应槽（28）的上端设置有槽盖（29），所述槽盖（29）上设置有气体出口；所述气体出口通气体收集管（12）与所述的臭氧毁灭单元连接。
8.根据权利要求7所述的一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置，其特征在于，所述反应槽（28）的底端设置有气泡石（9）和第四通孔（254）；
所述的气泡石（9）通过气体管道（8）和所述的臭氧产生单元连接；
所述反应槽（28）通过所述的第四通孔（254）以及第四输送管道和所述的废水回收单元连接。
9.根据权利要求7所述的一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置，其特征在于，所述的臭氧毁灭单元中设置有气体吸收装置（13），以及通过气体收集管（12）连接的臭氧毁灭装置（14）。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种超声波协同臭氧处理含氯废水装置的应用方法，其特征在于，所述的方法具体包括如下步骤：
将含氯离子浓度为1000~100mg/L的废水调节pH值为1~ 5，通过输送泵（17）和第一输送管道（18）将废水泵入废水处理单元中的反应槽（28）；
打开臭氧发生器（5）并打开氧气储气瓶（1）的阀门，调节气体流量至0.1~1L•min-1之间，同时将超声波探头（10）置于反应槽（28）内与废水直接接触，开启超声波发生器（11）发生超声波，将调节超声波功率调节至320~ 600W，频率为20~ 30kHZ，超声强化时间30~ 180min，反应温度30~ 100℃；
将反应槽（28）中反应产生的气体经过气体收集管（12）进入气体吸收装置（13），通过水喷淋方式制得稀盐酸，未反应完全的臭氧进入臭氧毁灭装置（14）处理，反应完成后废水进入废水回收水槽（19），经氯离子选择电极装置（22）检测，达标的废水排放至达标水回收槽（24），未达标再返回废水储液槽（16），并重新泵入废水处理单元中的反应槽（28）中继续处理，直至达标。
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