CN112979040A - 一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水处理技术领域，具体公开了一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，包括用于调节废水pH的调节池，与调节池连接的沉淀装置，与所述沉淀池连接用于净化处理废水的高效处理装置；高效处理装置包括一端与所述沉淀装置连接的预热混合器，与所述预热混合器另一端连接的超临界光催化反应器，以及与超临界光催化反应器连接的发电组件；本装置在环形密封腔体中使污染废水进入超临界态，并进行动态循环，结合进行光催化完成对废水的高效处理，能够有效解决现有技术沉淀易堵塞、处理效率低、处理质量差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体是涉及一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备。
背景技术
土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分；随着环境中无机污染物和有机污染物排放量的增加，土壤污染的形势也越来越严峻；针对有机氯农药污染严重的土壤，以典型的滴滴涕、六六六、氯丹、灭蚁灵污染场地的土壤为例，通常采用增效洗脱修复技术和设备、复合催化氧化技术进行洗脱处理，虽然这两种技术能够对有机氯农药污染土壤进行高效修复，但是会产生大量含有污染物的废水，因此需要对废水进行处理，才能排放。
超临界水(SCWO)是指温度和压力均高于其临界点的特殊状态的水。超临界水兼具液态和气态水的性质，该状态下只有少量的氢键存在，介电常数近似于有机溶剂，具有高的扩散系数和低的粘度。作为一种新兴的高级氧化技术,SCWO技术具有极大的应用优势,其应用范围包括常见的醇类、酚类、苯类以及有毒有害的氯化物、芳烃衍生物等高浓度、难降解、难处理有机物。该技术可将有机物结构破坏,并迅速氧化生成无毒害的小分子化合物,达到显著的有机成分去除效果。
目前现有技术中的超临界处理有机废水通常存在析出的有机盐易堵塞设备管道，对废水的处理效率降低、效果较差的问题，而且其直接将高热废水排放，造成较大的能源损耗。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，本装置在环形密封腔体中使污染废水进入超临界态，并进行动态循环，结合进行光催化完成对废水的高效处理，能够有效解决现有技术沉淀易堵塞、处理效率低、处理质量差的问题。
本发明的技术方案是：一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，包括用于调节废水pH的调节池，与所述调节池连接的沉淀装置，与所述沉淀装置连接用于净化处理废水的高效处理装置；
所述高效处理装置包括一端与所述沉淀装置连接的预热混合器，与所述预热混合器另一端连接的超临界光催化反应器，以及与所述超临界光催化反应器连接的发电组件；
所述超临界光催化反应器包括进水口与所述预热混合器连接的环形密封腔体，多个套设在所述环形密封腔体外圈的第一换热器，多个上下均匀设置在所述环形密封腔体内的环形动态隔板，设置在所述环形密封腔体中心用于驱动环形动态隔板转动的旋转机构，设置在环形密封腔体内壁且位于环形动态隔板之间的紫外杀菌灯，设置在所述环形密封腔体下方与环形动态隔板连接的排污组件，设置在所述环形密封腔体内用于加热废水的加热组件，以及设置在所述环形密封腔体内的第一增压组件；
所述环形动态隔板为中间凸起且呈波浪型的金属环；所述环形动态隔板内外两侧均设有沉淀收集槽，所述沉淀收集槽内均布设有与排污组件连通的排污孔；
所述预热混合器包括与环形密封腔体连接的混合腔体，套设在所述混合腔体外且与第一换热器连接的第二换热器，设置在所述混合腔体上的氧化剂投放组件，以及设置在所述混合腔体内用于搅拌氧化剂与废水的搅拌组件；
所述发电组件包括与环形密封腔体出液口连接的第二增压组件，与所述第二增压组件连通的涡扇发电组件，与所述涡扇发电组件连接用于暂存废水的蓄水池，以及一端与涡扇发电组件电性连接另一端与加热组件电性连接的稳压组件。
进一步地，所述第二增压组件外套设有与第二换热器连接的第三换热器；通过第三换热器与第二换热器连接能够对第二增压组件中的废水余热再次进行利用，能够有效提高对进入超临界产生热量进行回用的效率。
进一步地，所述旋转机构包括垂直设置在所述环形密封腔体中心的转轴，多个设置在所述转轴上且分别对应与多个环形动态隔板连接的转动连杆，以及多个对应设置在所述转轴与转动连杆连接处的转动电机；通过设置多个分别与环形动态隔板连接的转动连杆目的是实现环形动态隔板的差速或反向旋转，通过波浪曲面使超临界流体产生振荡，促进超临界流体废水中的有机物的分解与有机盐沉淀的快速析出。
进一步地，所述转动连杆与环形动态隔板通过分别设置在转动连杆与环形动态隔板上的磁块连接；通过采用磁块利用磁力连接转动连杆与环形动态隔板能够确保环形密封腔体的密封性，便于对超临界废水进行压力控制。
进一步地，所述排污组件包括上端贯穿环形密封腔体且与排污孔连通的管道，设置在所述管道下端的排污槽，以及设置在所述排污槽内的螺旋排污杆；通过管道连接排污孔与排污槽，能够将环形动态隔板上产生的有机盐沉淀输送进排污槽，结合环形动态隔板的旋转能够有效防止有机盐沉淀堵塞管道；通过螺旋排污杆的旋转能够将排污槽内的沉淀物快速的排出，避免发生沉淀堵塞排污槽。
进一步地，所述沉淀装置包括与所述调节池进液口连接的磁混凝沉淀装置，与所述调节池排液口连接的二沉池，设置在所述磁混凝沉淀装置与调节池连接处的第一进水提升泵，设置在所述二沉池与调节池连接处的第二进水提升泵；磁混凝沉淀装置占地面积更小，悬浮物沉降速度高，运行成本低，同时在保证TP达标的前提下，能保证SS稳定达标；在出水水质相同的情况下，比高效沉淀池更加节省药剂。
进一步地，所述环形动态隔板、沉淀收集槽表面均设有防腐蚀保护层；通过防腐蚀保护层能够有效提高环形动态隔板在超临界废水流体中的抗腐蚀性能，有效防止环形动态隔板被腐蚀破坏丧失而工作能力，起到提高环形动态寿命的作用。
进一步地，所述预热混合器还包括催化剂投放组件；所述催化剂投放组件包括用于存储催化剂的催化剂存储箱，与所催化剂存储箱连接用于向混合腔体加入催化剂的喷头，以及设置在所述催化剂存储箱、喷头连接处的计量单元；通过催化剂投放组件能够向预热混合器内加入催化剂，有效提高紫外光催化的效率。
进一步地，催化剂存储箱内放置有质量浓度为5～30％的四氧化二铋溶液；相对于传统金属板进行光催化，四氧化二铋溶液的催化效果更好，能够促进有机物的有效分解。
一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理方法，包括以下步骤：
步骤一：预处理
先将废水通入磁混凝沉淀装置处理后废水通入调节池，将废水pH调节至5～7后通入二沉池，进行二次沉淀后将废水通入预热混合器进行预热至70～80℃；催化剂投放组件向废水中加入催化剂，将催化剂与废水按照质量比1:800～1000混合；氧化剂投放组件向废水中加入氧化剂，且氧化剂的投加量为0.4～0.8g/L混合；同时，搅拌组件按照500～800r/min持续搅拌30～40min；
步骤二：废水的超临界光催化处理
将经过预处理的废水通入环形密封腔体，第一增压组件将环形密封腔体压强调节至25～27MPa后加热组件将废水加热至450～540℃，使废水处于超临界状态，同时环形动态隔板以50～180r/min进行转动，紫外杀菌灯照射超临界废水，持续3～5min后将超临界流体通入涡扇发电组件进行发电。
本发明的有益效果是：本发明提供的有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，本装置通过在环形密封腔体内将液态废水转化为超临界态，再结合紫外杀菌灯的照射进行光催化，有效解决现有设备对有机氯农药污染土壤修复废水处理效率低，处理效果差的问题；通过设置多个环形动态隔板，实现环形动态隔板的差速或反向旋转，通过波浪曲面使超临界流体产生振荡，有利于促进超临界流体废水中的有机物的分解与有机盐沉淀的快速析出。
本发明通过在环形动态隔板上设置排污孔、在排污孔下方设置排污组件，结合环形动态隔板的旋转能够有效防止有机盐沉淀堵塞管道；通过第一换热器的设置能够对环形密封腔体内产生的热量进行部分回收，转换至预热混合腔上的第二换热器上，进行辅助加热；涡扇发电组件能够直接利用由于进入超临界态而产生的余热进行发电，从而有效提高能源的利用率。
本发明在设备的提供了处理方法，该处理方法步骤少，简单便于实施，能够有效提高对有机废水的处理效率以及处理质量。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例1环形密封腔体的局部结构示意剖视图；
图3是本发明实施例1旋转机构的结构示意图；
图4是本发明实施例1排污组件的结构示意图；
其中，1-调节池、2-沉淀装置、20-磁混凝沉淀装置、21-二沉池、22-第一进水提升泵、23-第二进水提升泵、3-高效处理装置、30-预热混合器、300-混合腔体、301-第二换热器、302-氧化剂投放组件、303-搅拌组件、304-催化剂投放组件、31-超临界光催化反应器、310-环形密封腔体、311-第一换热器、312-环形动态隔板、313-旋转机构、3130-转轴、3131-转动连杆、314-紫外杀菌灯、315-沉淀收集槽、316-排污孔、317-排污组件、318-管道、319-排污槽、3190-螺旋排污杆、32-发电组件、320-第二增压组件、321-涡扇发电组件、322-稳压组件、323-蓄水池、324-第三换热器、33-第一增压组件。
具体实施方式
实施例1：一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，包括用于调节废水pH的调节池1，与调节池1连接的沉淀装置2，与沉淀装置2连接用于净化处理废水的高效处理装置3；
高效处理装置3包括一端与沉淀装置2连接的预热混合器30，与预热混合器30另一端连接的超临界光催化反应器31，以及与超临界光催化反应器31连接的发电组件32；
超临界光催化反应器31包括进水口与预热混合器30连接的环形密封腔体310，3个套设在环形密封腔体310外圈的第一换热器311，3个上下均匀设置在环形密封腔体310内的环形动态隔板312，设置在环形密封腔体310中心用于驱动环形动态隔板312转动的旋转机构313，设置在环形密封腔体310内壁且位于环形动态隔板312之间的紫外杀菌灯314，设置在环形密封腔体310下方与环形动态隔板312连接的排污组件317，设置在环形密封腔体310内用于加热废水的加热组件，以及设置在环形密封腔体310内的第一增压组件33；
环形动态隔板312为中间凸起且呈波浪型的金属环；环形动态隔板312内外两侧均设有沉淀收集槽315，沉淀收集槽315内均布设有与排污组件317连通的排污孔316；
预热混合器30包括与环形密封腔体310连接的混合腔体300，套设在混合腔体300外且与第一换热器311连接的第二换热器301，设置在混合腔体300上的氧化剂投放组件302，以及设置在混合腔体300内用于搅拌氧化剂与废水的搅拌组件303；
发电组件32包括与环形密封腔体310出液口连接的第二增压组件320，与第二增压组件320连通的涡扇发电组件321，与涡扇发电组件321连接用于暂存废水的蓄水池323，以及一端与涡扇发电组件321电性连接另一端与加热组件电性连接的稳压组件322。
第二增压组件320外套设有与第二换热器301连接的第三换热器324。
旋转机构313包括垂直设置在环形密封腔体310中心的转轴3130，3个设置在转轴3130上且分别对应与3个环形动态隔板312连接的转动连杆3131，以及3个对应设置在转轴3130与转动连杆3131连接处的转动电机。
其中，转动连杆3131与环形动态隔板312通过分别设置在转动连杆3131与环形动态隔板312上的磁块连接。
排污组件317包括上端贯穿环形密封腔体310且与排污孔316连通的管道318，设置在管道318下端的排污槽319，以及设置在排污槽319内的螺旋排污杆3190。
沉淀装置2包括与调节池1进液口连接的磁混凝沉淀装置20，与调节池1排液口连接的二沉池21，设置在磁混凝沉淀装置20与调节池1连接处的第一进水提升泵22，设置在二沉池21与调节池1连接处的第二进水提升泵23。
环形动态隔板312、沉淀收集槽315外表面均设有防腐蚀保护层，其中防腐蚀保护层具体采用氟碳涂料层。
预热混合器30还包括催化剂投放组件304；催化剂投放组件304包括用于存储催化剂的催化剂存储箱，与所催化剂存储箱连接用于向混合腔体300加入催化剂的喷头，以及设置在催化剂存储箱、喷头连接处的计量单元。
催化剂存储箱内放置有质量浓度为30％的四氧化二铋溶液。
其中，第一增压组件、加热组件、紫外杀菌灯314、涡扇发电组件321、第二增压组件320、稳压组件322、转动电机、螺旋排污杆、第一进水提升泵22、第二进水提升泵23、磁混凝沉淀装置20、计量单元均采用市售产品；且具体产品型号本领域技术人员可根据需要进行选择使用，在此不做特殊限定。
实施例2：本实施例是以实施例1装置为基础，阐述利用该装置处理有机氯农药污染土壤修复废水的方法，具体包括以下步骤：
步骤一：预处理
先将废水通入磁混凝沉淀装置20处理后废水通入调节池1，将废水pH调节至5后通入二沉池21，进行二次沉淀后将废水通入预热混合器30进行预热至70℃；
催化剂投放组件304向废水中加入催化剂，将催化剂与废水按照质量比1:800混合；氧化剂投放组件302向废水中加入氧化剂，且氧化剂的投加量为0.4g/L；
同时，搅拌组件303按照500r/min持续搅拌30min；
步骤二：废水的超临界光催化处理
将经过预处理的废水通入环形密封腔体310，第一增压组件33将环形密封腔体310压强调节至25MPa后加热组件将废水加热至450℃，使废水处于超临界状态；
同时环形动态隔板312以50r/min进行转动，紫外杀菌灯314照射超临界废水，持续3min后将超临界流体通入涡扇发电组件321进行发电。
实施例3：与实施例2不同的是，一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理方法，包括以下步骤：
步骤一：预处理
先将废水通入磁混凝沉淀装置20处理后废水通入调节池1，将废水pH调节至7后通入二沉池21，进行二次沉淀后将废水通入预热混合器30进行预热至80℃；
催化剂投放组件304向废水中加入催化剂，将催化剂与废水按照质量比1:1000混合；氧化剂投放组件302向废水中加入氧化剂，且氧化剂的投加量为0.8g/L；
同时，搅拌组件303按照800r/min持续搅拌40min；
步骤二：废水的超临界光催化处理
将经过预处理的废水通入环形密封腔体310，第一增压组件33将环形密封腔体310压强调节至27MPa后加热组件将废水加热至540℃，使废水处于超临界状态；
同时环形动态隔板312以180r/min进行转动，紫外杀菌灯314照射超临界废水，持续5min后将超临界流体通入涡扇发电组件321进行发电。
实施例4：与实施例2不同的是，一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理方法，包括以下步骤：
步骤一：预处理
先将废水通入磁混凝沉淀装置20处理后废水通入调节池1，将废水pH调节至6后通入二沉池21，进行二次沉淀后将废水通入预热混合器30进行预热至75℃；
催化剂投放组件304向废水中加入催化剂，将催化剂与废水按照质量比1:900混合；氧化剂投放组件302向废水中加入氧化剂，且氧化剂的投加量为0.6g/L；
同时，搅拌组件303按照650r/min持续搅拌35min；
步骤二：废水的超临界光催化处理
将经过预处理的废水通入环形密封腔体310，第一增压组件33将环形密封腔体310压强调节至26MPa后加热组件将废水加热至500℃，使废水处于超临界状态；
同时环形动态隔板312以120r/min进行转动，紫外杀菌灯314照射超临界废水，持续4min后将超临界流体通入涡扇发电组件321进行发电。
应用例：分别采用上述实施例2、实施例3、实施例4的处理方法对某有机氯农药污染土壤催化氧化修复产生的废水进行处理，并记录数据，如下表1：
表1：某有机氯农药污染土壤催化氧化修复产生的废水处理后的污染物含量
根据上述表1记录的实验数据，参考我国目前实施的污水综合排放标准，采用实施例2～4的方法处理完的废水总氰化合物均小于0.5mg/L，元素磷均小于0.1mg/L，总余氯均小于0.5mg/L，可以得到本方法能够满足污水综合排放的一级排放标准；
对比上述三个实施方案，能够得到实施例3为实施例2～4中的最佳实施方案；说明环形密封腔体310对废水在超临界态下进行紫外光催化的时间长短决定着废水处理质量结果的优劣。
Claims (10)
1.一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，其特征在于，包括用于调节废水pH的调节池(1)，与所述调节池(1)连接的沉淀装置(2)，与所述沉淀装置(2)连接用于净化处理废水的高效处理装置(3)；
所述高效处理装置(3)包括一端与所述沉淀装置(2)连接的预热混合器(30)，与所述预热混合器(30)另一端连接的超临界光催化反应器(31)，以及与所述超临界光催化反应器(31)连接的发电组件(32)；
所述超临界光催化反应器(31)包括进水口与所述预热混合器(30)连接的环形密封腔体(310)，多个套设在所述环形密封腔体(310)外圈的第一换热器(311)，多个上下均匀设置在所述环形密封腔体(310)内的环形动态隔板(312)，设置在所述环形密封腔体(310)中心用于驱动环形动态隔板(312)转动的旋转机构(313)，设置在环形密封腔体(310)内壁且位于环形动态隔板(312)之间的紫外杀菌灯(314)，设置在所述环形密封腔体(310)下方与环形动态隔板(312)连接的排污组件(317)，设置在所述环形密封腔体(310)内用于加热废水的加热组件，以及设置在所述环形密封腔体(310)内的第一增压组件(33)；
所述环形动态隔板(312)为中间凸起且呈波浪型的金属环；所述环形动态隔板(312)内外两侧均设有沉淀收集槽(315)，所述沉淀收集槽(315)内均布设有与排污组件(317)连通的排污孔(316)；
所述预热混合器(30)包括与环形密封腔体(310)连接的混合腔体(300)，套设在所述混合腔体(300)外且与第一换热器(311)连接的第二换热器(301)，设置在所述混合腔体(300)上的氧化剂投放组件(302)，以及设置在所述混合腔体(300)内用于搅拌氧化剂与废水的搅拌组件(303)；
所述发电组件(32)包括与环形密封腔体(310)出液口连接的第二增压组件(320)，与所述第二增压组件(320)连通的涡扇发电组件(321)，与所述涡扇发电组件(321)连接用于暂存废水的蓄水池(323)，以及一端与涡扇发电组件(321)电性连接另一端与加热组件电性连接的稳压组件(322)。
2.根据权利要求1所述的一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，其特征在于，所述第二增压组件(320)外套设有与第二换热器(301)连接的第三换热器(324)。
3.根据权利要求1所述的一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，其特征在于，所述旋转机构(313)包括垂直设置在所述环形密封腔体(310)中心的转轴(3130)，多个设置在所述转轴(3130)上且分别对应与多个环形动态隔板(312)连接的转动连杆(3131)，以及多个对应设置在所述转轴(3130)与转动连杆(3131)连接处的转动电机。
4.根据权利要求3所述的一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，其特征在于，所述转动连杆与环形动态隔板(312)通过分别设置在转动连杆(3131)与环形动态隔板(312)上的磁块连接。
5.根据权利要求1所述的一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，其特征在于，所述排污组件(317)包括上端贯穿环形密封腔体(310)且与排污孔(316)连通的管道(318)，设置在所述管道(318)下端的排污槽(319)，以及设置在所述排污槽(319)内的螺旋排污杆(3190)。
6.根据权利要求1所述的一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，其特征在于，所述沉淀装置(2)包括与所述调节池(1)进液口连接的磁混凝沉淀装置(20)，与所述调节池(1)排液口连接的二沉池(21)，设置在所述磁混凝沉淀装置(20)与调节池(1)连接处的第一进水提升泵(22)，设置在所述二沉池(21)与调节池(1)连接处的第二进水提升泵(23)。
7.根据权利要求1所述的一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，其特征在于，所述环形动态隔板(312)、沉淀收集槽(315)外表面均设有防腐蚀保护层。
8.根据权利要求1所述的一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，其特征在于，所述预热混合器(30)还包括催化剂投放组件(304)；所述催化剂投放组件(304)包括用于存储催化剂的催化剂存储箱，与所催化剂存储箱连接用于向混合腔体(300)加入催化剂的喷头，以及设置在所述催化剂存储箱、喷头连接处的计量单元。
9.根据权利要求8所述的一种有机氯农药污染土壤催化氧化修复用废水处理设备，其特征在于，催化剂存储箱内放置有质量浓度为5～30％的四氧化二铋溶液。
10.一种利用权利要求1～9任意一项所述装置处理有机氯农药污染土壤修复废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：预处理
先将废水通入磁混凝沉淀装置(20)处理后废水通入调节池(1)，将废水pH调节至5～7后通入二沉池(21)，进行二次沉淀后将废水通入预热混合器(30)进行预热至70～80℃；催化剂投放组件(304)向废水中加入催化剂，将催化剂与废水按照质量比1:800～1000混合；氧化剂投放组件(302)向废水中加入氧化剂，且氧化剂的投加量为0.4～0.8g/L；同时，搅拌组件(303)按照500～800r/min持续搅拌30～40min；
步骤二：废水的超临界光催化处理
将经过预处理的废水通入环形密封腔体(310)，第一增压组件(33)将环形密封腔体(310)压强调节至25～27MPa后加热组件将废水加热至450～540℃，使废水处于超临界状态，同时环形动态隔板(312)以50～180r/min进行转动，紫外杀菌灯(314)照射超临界废水，持续3～5min后将超临界流体通入涡扇发电组件(321)进行发电。
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