CN114380385A

CN114380385A - 一种污水处理装置及处理方法

Info

Publication number: CN114380385A
Application number: CN202210083597.5A
Authority: CN
Inventors: 冷劲松; 山口智仁
Original assignee: Changsha Senlan Environmental Engineering Co ltd
Current assignee: Changsha Senlan Environmental Engineering Co ltd
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2022-04-22

Abstract

本发明涉及微气泡臭氧净化领域，公开了一种污水处理装置及处理方法，包括臭氧发生系统、进水系统、气液混合系统和微气泡发生器，气液混合泵在高压下将臭氧和水混合，使得水中臭氧的溢出量大大减小，并经过微气泡发生器处理后，增加了水中臭氧的含量，提高了微气泡臭氧水降解有机物的效果，且微气泡和臭氧均能对水中有机物进行降解处理。本发明方法气液混合步骤在高压下将臭氧压入水中，使得臭氧自主挥发量降低，臭氧溢出量低，避免臭氧水中臭氧溢出过多，导致后续不能净化水体，通过微气泡发生器将水分子气泡化，产生大量含氢氧自由基的微气泡臭氧水，微气泡与水中有机物接触对水体进行净化，同时臭氧再与水体接触进行净化，使得水质得以提升。

Description

一种污水处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及微气泡臭氧净化技术领域，具体涉及一种污水处理装置及处理方法。

背景技术

现有的臭氧水主要是利用爆气原理，在水体中底部铺设细小孔径口喷射臭氧气体来增加水体中臭氧含量，提升氧化分解功能，且这种方式需要持续的通入高浓度的臭氧，方能保证水中臭氧含量在所需的浓度。这种的方式虽会提升氧化反应，但对环境危害很大，甚至对周遭人员有直接的身体危害，因为这种臭氧爆气法只能短暂将臭氧融入水体中，但随时间增长后约有80％的臭氧会挥发出水面，导致臭氧水的实际利用率不高，且保存时间极端，需要不断的向水中冲入臭氧，才能实现净化的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污水处理装置，以解决背景技术中提出的现有污水处理中臭氧水保存时间短，降解有机物效果差，挥发的臭氧易污染环境，臭氧利用率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种污水处理装置，包括臭氧发生系统、进水系统、气液混合系统和微气泡发生器，所述臭氧发生系统包括制氧机和臭氧发生器，所述制氧机的出口与所述臭氧发生器的进口连接，所述臭氧发生器的出口与所述气液混合系统的进口连接；所述进水系统包括进水器和水泵，所述进水器的出口与所述水泵的进口连接，所述水泵的出口与所述气液混合系统连接；所述气液混合系统包括气液混合泵和引导管，所述气液混合泵的进口与所述臭氧发生器的出口以及所述水泵的出口分别连接，所述气液混合泵的出口与所述引导管的一端连接，将得到的高压臭氧水导入微气泡发生器中；所述微气泡发生器的内部开设有依次连通的切割部、增压部、扩散部和紊流部，所述微气泡发生器的一端设有与所述紊流部相连的喷口，所述微气泡发生器的另一端设有与所述切割部相连的连接口，所述连接口与所述引导管的另一端连接；所述微气泡发生器产生微气泡臭氧水。

进一步的，所述切割部为沿气液流动方向的多级的渐缩式阶梯管，所述渐缩式阶梯管的内径沿气液流动方向依次递减且每级阶梯管的长度沿气液流动方向依次递减。

进一步的，每级所述阶梯管的长度与该级阶梯管到所述增压部的距离成正比关系。

进一步的，所述进水器的进水量为2～5吨/小时。

进一步的，所述气液混合泵的扬程为40～65m，压力为0.3～0.8MPa。

本发明的目的在于还提供一种污水处理方法，以解决现有处理工艺中臭氧易从水中溢出，净化效果不佳的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种污水处理方法，利用上述的污水处理装置，所述污水处理方法的步骤如下：

S1、臭氧制备：通过制氧机制备出氧气，将制备的氧气通入臭氧发生器中制备臭氧；

S2、纯水引入：将进水器与纯水水源连通，并利用水泵抽取纯水；

S3、气液混合：将制得的臭氧和抽取的纯水引入气液混合泵中，在0.5～0.8MPa的压力下将臭氧压入抽取的纯水中，制得臭氧水；

S4、微气泡臭氧水制备：通过引导管将臭氧水导入微气泡发生器中，在微气泡发生器的作用下制得所需的微气泡臭氧水；

S5、净化处理：将制得的微气泡臭氧水通入有机废水中，微气泡臭氧水与废水中有机物接触后瞬间爆炸，形成1000K以上的高温、10MPa以上高压的局部环境，使得水分子裂解成氢氧自由基，从而对有机物进行氧化降解。

进一步的，所述步骤S5中微气泡臭氧水与废水中有机物反应后，臭氧再进一步与水中有机物反应，从而净化水体。

进一步的，所述步骤S3中臭氧进入所述气液混合泵的通入量为2.5～4g/h。

进一步的，所述步骤S3中纯水进入气液混合泵的通入量为2～5吨/小时。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)、本发明的污水处理装置通过气液混合泵在高压下将臭氧和水混合，使得水中臭氧的溢出量大大减小，经过微气泡发生器处理后，增加了水中臭氧的含量，提高了微气泡臭氧水降解有机物的效果，且微气泡和臭氧均能对水中有机物进行降解处理，相较传统的净水方式，本污水处理装置具有更好的净化效果。

(2)、本发明的污水处理方法通过气液混合步骤在高压下将臭氧压入水中，使得臭氧自主挥发量会大大降低，臭氧溢出量仅为1％～2％，避免臭氧水中臭氧溢出过多，导致后续不能净化水体，通过微气泡发生器将水分子气泡化，产生大量含氢氧自由基的微气泡臭氧水，随着微气泡与水中有机物接触对水体进行第一次净化，臭氧再与水体接触进行第二次净化，使得水质得以提升。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一种污水处理装置微气泡臭氧水的制作流程的结构示意图；

图2是本发明中新型微气泡发生器的内部结构示意图；

图3是本发明的一种污水处理方法的流程图；

其中，10-臭氧发生系统，11-制氧机，12-臭氧发生器，20-进水系统，21-进水器，22-水泵，30-气液混合系统，31-气液混合泵，32-引导管，40-微气泡发生器，41-切割部，42-增压部，43-扩散部，44-紊流部，45-喷口，46-连接口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参见图1和图2，本实施例提供一种污水处理装置，包括臭氧发生系统10、进水系统20、气液混合系统30和微气泡发生器40，臭氧发生系统10的出气口与气液混合系统30的进口连接，进水系统20的出口与气液混合系统30的进口连接，气液混合系统30的出口与微气泡发生器40连接，微气泡臭氧水从微气泡发生器40的出口流入污水进行净化处理。具体地：臭氧发生系统包括制氧机11和臭氧发生器12，制氧机的出口与臭氧发生器的进口连接，臭氧发生器的出口与气液混合系统的进口连接；进水系统包括进水器21和水泵22，进水器的出口与水泵的进口连接，水泵的出口与气液混合系统连接；气液混合系统包括气液混合泵31和引导管32，气液混合泵的进口与臭氧发生器的出口以及水泵的出口分别连接，气液混合泵的出口与引导管的一端连接，将得到的高压臭氧水导入微气泡发生器中；微气泡发生器的内部开设有依次连通的切割部41、增压部42、扩散部43和紊流部44，微气泡发生器的一端设有与紊流部相连的喷口45，微气泡发生器的另一端设有与切割部相连的连接口46，连接口与引导管的另一端连接；微气泡发生器产生用于对污水进行净化处理的微气泡臭氧水。

本发明较佳实施例的污水处理装置包括臭氧发生系统10、进水系统20、气液混合系统30和微气泡发生器40，臭氧发生系统10主要用于生产臭氧，气液混合系统30用于将臭氧和水在高压下进行混合，使得臭氧能够长时间的存留于其中，不会过早的分解或是溢出，经测试臭氧水中的臭氧溢出量在1％～2％之间，远远小于传统曝气方式的80％的溢出量，微气泡发生器40会生成纳米级的微小气泡，具备良好的降解效果，可以用来处理废水，降低其中的有机物含量。

具体地，本发明较佳实施例污水处理装置的具体反应原理为：利用微气泡臭氧水与有机物的强氧化性将水中有机物官能团氧化，从而降低水中COD数值，得到净化水。更进一步的说明，臭氧极易自身发生歧化反应，臭氧分子形成氧分子和氧原子，氧原子会掠夺水分子中的氢离子，从而形成两个氢氧自由基，由于氢氧自由基具有较强的氧化性，会从附近的有机物中夺取电子，且由于氢氧自由基反应性高，具有强大的氧化力，使得被剥夺电子的有机物会发生自身原子间结合键的断裂，从而起到了分解有机物的作用。另一方面，通过微气泡发生器40所产生的纳米级微气泡在废水中崩溃的过程中，能够瞬间产生1000K以上、10MPa的高压，持续数微秒后热点随之冷却，并伴随有强烈的冲击波和能够达到100m/s的微射流，在这种条件下，废水中的有机物吸收能量后会使得其自身的碳氢键、氢氧键和碳氧键断裂，使得有机物被分解，从而达到净化污水的效果。

本发明较佳实施例的污水处理装置，通过气液混合泵31在高压下将臭氧和水混合，并经过微气泡发生器40处理后，能够大大减小臭氧的溢出量，增加了水中臭氧的含量，提高了微气泡臭氧水降解有机物的效果，且微气泡和臭氧均能对水中有机物进行降解处理，相较传统的净水方式，本污水处理装置具有更好的净化效果。

在发明较佳的实施例中，微气泡发生器40主要包括了切割部41、增压部42、扩散部43、紊流部44和喷口45，切割部41主要是在高压下对水分子(此处水为经过气液混合泵31加压混合的臭氧水)进行切割，使水分子高速碰撞后形成氢氧自由基，从而具有了氧化性，能够氧化有机物，增压部42能够进一步的增加流入水的压力，使得其能够以更快的速度在扩散部43进行切割产生氢氧自由基，由于扩散部43在竖直方向上的宽度是要大于增压部42的宽度，故而此处的水流的速度会降低，进入紊流部44的水流经过突然降速后在紊流部44内形成紊流现象，紊流部44中包含了多个微小空穴，在空穴的作用下使得包含氢氧自由基和臭氧的水流形成纳米级的水泡，然后从喷口45喷出，对废水进行净化。

在本发明较佳的实施例中，切割部41为沿气液流动方向的多级的渐缩式阶梯管，渐缩式阶梯管的内径沿气液流动方向依次递减且每级阶梯管的长度沿气液流动方向依次递减。优选的，每级阶梯管的长度与该级阶梯管到增压部的距离成正比关系，即离连接口越近，每级阶梯管的长度越长，对臭氧水的切割碰撞次数越多，这是由于刚进入切割部41的臭氧水中水分子均未被切割，所以需要长度较长的阶梯管进行多次的切割碰撞，从而能够产生更多的氢氧自由基，后续阶梯管的长度逐渐变短是因为水中氢氧根的含量增大了，需要切割碰撞的水分子少了，故而可以适当缩短每级阶梯管的长度，从而减少整个切割部41的长度，从而减少整个微气泡发生器40的长度，减小其占地面积。增压部42为直管结构，增压部的内径比渐缩式阶梯管的最小内径还要小一些。而扩散部43为沿气液流动方向的多级的渐扩式阶梯管。

更进一步的说明，微气泡发生器40整体采用耐高压材质制得。

在本发明较佳的实施例中，进水器21的进水量为2～5吨/小时；气液混合泵31的扬程为40～65m，压力为0.3～0.8MPa。

请参见图3，本实施例还提供一种污水处理方法，利用上述的污水处理装置对污水进行处理，污水处理方法的步骤如下：

S1、臭氧制备：通过制氧机11制备出氧气，将制备的氧气通入臭氧发生器12中制备臭氧；

S2、纯水引入：将进水器21与纯水水源连通，并利用水泵22抽取纯水；

S3、气液混合：将制得的臭氧和抽取的纯水引入气液混合泵31中，在0.5～0.8MPa的压力下将臭氧压入抽取的纯水中，制得臭氧水；

S4、微气泡臭氧水制备：通过引导管32将臭氧水导入微气泡发生器40中，在微气泡发生器40的作用下制得所需的微气泡臭氧水；

本发明较佳实施例的污水高效处理方法主要是包括了臭氧制备、纯水引进、气液混合、微气泡臭氧水制备和净化处理五个步骤，其中臭氧制备主要是用于制备所需的臭氧，主要是通过制氧机和臭氧发生器实现对臭氧的制备，纯水引进主要是通过进水器和水泵对纯水进行抽取搬运，气液混合步骤是要是将抽取的纯水和制备的臭氧在气液混合泵中加压混合，使得臭氧压入水中，制得初步的臭氧水，微气泡臭氧水的制备主要是将初步的臭氧水通入微气泡发生器中，经过微气泡发生器中切割部、增压部、扩散部、紊流部和喷口的作用，从而得到所需的微气泡臭氧水，再将臭氧水通入有机废水中进行净化。

本发明较佳实施例的污水高效处理方法的净化原理如下，微气泡臭氧水与废水中有机物接触后瞬间爆炸，形成1000K以上的高温、10MPa以上高压的局部环境，使得水分子裂解成氢氧自由基，再者，在爆炸的瞬间，还会伴随有强烈的冲击波和达100m/s的微射流，这些条件足以使得与微气泡接触的有机物中碳氢键、碳氧键和碳碳键的断裂，使得有机物得以降解，从而降低水中的COD，水质得以净化。

再者，随着微气泡爆破并初步净化水体，水中的臭氧也进入了污水中，臭氧极易自身发生歧化反应，臭氧分子形成氧分子和氧原子，氧原子会掠夺水分子中的氢离子，从而形成两个氢氧自由基，由于氢氧自由基具有较强的氧化性，会从附近的有机物中夺取电子，且由于氢氧自由基反应性高，具有强大的氧化力，使得被剥夺电子的有机物会发生自身原子间结合键的断裂，从而起到了分解水中有机物的作用，进一步的净化了水体，降低了水中有机物的含量，降低了COD。

本发明通过气液混合步骤在高压下将臭氧压入水中，使得臭氧自主挥发量会大大降低，臭氧溢出量仅为1％-2％，避免臭氧水中臭氧溢出过多，导致后续不能净化水体，通过微气泡发生器40将水分子气泡化，产生大量含氢氧自由基的微气泡臭氧水，随着微气泡与水中有机物接触对水体进行第一次净化，臭氧再与水体接触进行第二次净化，使得水质得以提升。优选的，步骤S5中微气泡臭氧水与废水中有机物反应后，臭氧再进一步与水中有机物反应，从而净化水体。

在发明较佳的实施例中，步骤S3中臭氧进入气液混合泵31的通入量为2.5～4g/h；。纯水进入气液混合泵的通入量为2～5t/h。臭氧的通入量为3g/h，纯水的通入量为3t/h，制得的臭氧水的浓度为1ppm，能够较好的对水中的有机物进行分解。

以下通过实施例进一步进行说明。

实施例1-3为采用上述步骤制得的微气泡臭氧水，对比例1-3为采用传统曝气方式制得的臭氧水，并将实施例和对比例中的微气泡臭氧水和臭氧水对相同COD的有机物废水进行净化处理，其结果如下表所示。

通过上表可知，采用本发明的方法制备所得的微气泡臭氧水相较于传统方法所得的臭氧水来说，臭氧的溢出量大大减少，且每毫升水中蕴含的气泡个数能够达到3000w个左右的微气泡，传统的曝气方式只能够得到300个左右的气泡，大量的微气泡在与废水中有机物接触后瞬间爆炸，形成1000K以上的高温、10MPa以上高压的局部环境，使得水分子裂解成氢氧自由基，再者，在爆炸的瞬间，还会伴随有强烈的冲击波和达100m/s的微射流，这些条件足以使得与微气泡接触的有机物中碳氢键、碳氧键和碳碳键的断裂，使得有机物得以降解，从而降低水中的COD，水质得以净化，同时，在微气泡对水体进行净化的同时，臭氧也能对水体进行进一步的氧化，所以水体有机物的去除率会远远高于传统方法对水体中有机物的去除率。

实施例4-6的微气泡臭氧水的制备方式与实施例1一致，只是实施例5中将臭氧通过气液混合泵压入水中，实施例6未通过微气泡发生器上，其所得的结果如下表所示。

测试	实施例4	实施例5	实施例6
				臭氧与水混合方式	高压压入	曝气	高压压入
是否经过微气泡发生器	是	是	否
				臭氧溢出量	1.3％	81.5％	1.28％
有机物去除率％	96.88％	91.21％	84.95％

从上表可知，实施例4是采用本发明的方法制备，所以各项数据均为较佳，实施例5中臭氧与水的混合方式采用的是普通的曝气方式，然后再将曝气后的臭氧水通过微气泡发生器，由于其为将臭氧高压压入水中，故而其臭氧溢出量很高，但是其经过了微气泡发生器，产生的大量微气泡依旧具有很好的降解功能，但是相比实施例4来说去除率会低些，实施例6将臭氧高压压入水中，所以其臭氧的溢出量很少，但是没有采用微气泡发生器对臭氧水进行处理，故而其有机物的去除主要是依靠臭氧，故而效率相对于实施例4来说会更低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种污水处理装置，其特征在于，包括臭氧发生系统(10)、进水系统(20)、气液混合系统(30)和微气泡发生器(40)，所述臭氧发生系统包括制氧机(11)和臭氧发生器(12)，所述制氧机的出口与所述臭氧发生器的进口连接，所述臭氧发生器的出口与所述气液混合系统的进口连接；所述进水系统包括进水器(21)和水泵(22)，所述进水器的出口与所述水泵的进口连接，所述水泵的出口与所述气液混合系统连接；所述气液混合系统包括气液混合泵(31)和引导管(32)，所述气液混合泵的进口与所述臭氧发生器的出口以及所述水泵的出口分别连接，所述气液混合泵的出口与所述引导管的一端连接，将得到的高压臭氧水导入微气泡发生器中；所述微气泡发生器的内部开设有依次连通的切割部(41)、增压部(42)、扩散部(43)和紊流部(44)，所述微气泡发生器的一端设有与所述紊流部相连的喷口(45)，所述微气泡发生器的另一端设有与所述切割部相连的连接口(46)，所述连接口与所述引导管的另一端连接；所述微气泡发生器产生微气泡臭氧水。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理装置，其特征在于，所述切割部为沿气液流动方向的多级的渐缩式阶梯管，所述渐缩式阶梯管的内径沿气液流动方向依次递减且每级阶梯管的长度沿气液流动方向依次递减。

3.根据权利要求2所述的一种污水处理装置，其特征在于，每级所述阶梯管的长度与该级阶梯管到所述增压部的距离成正比关系。

4.根据权利要求1所述的一种污水处理装置，其特征在于，所述进水器(21)的进水量为2～5吨/小时。

5.根据权利要求1所述的一种污水处理装置，其特征在于，所述气液混合泵(31)的扬程为40～65m，压力为0.3～0.8MPa。

6.一种污水处理方法，其特征在于，利用权利要求1～5中任一项所述的污水处理装置，所述污水处理方法的步骤如下：

S1、臭氧制备：通过制氧机(11)制备出氧气，将制备的氧气通入臭氧发生器(12)中制备臭氧；

S2、纯水引入：将进水器(21)与纯水水源连通，并利用水泵(22)抽取纯水；

S3、气液混合：将制得的臭氧和抽取的纯水引入气液混合泵(31)中，在0.5～0.8MPa的压力下将臭氧压入抽取的纯水中，制得臭氧水；

S4、微气泡臭氧水制备：通过引导管(32)将臭氧水导入微气泡发生器(40)中，在微气泡发生器(40)的作用下制得所需的微气泡臭氧水；

7.根据权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于，所述步骤S5中微气泡臭氧水与废水中有机物反应后，臭氧再进一步与水中有机物反应，从而净化水体。

8.根据权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于，所述步骤S3中臭氧进入所述气液混合泵(31)的通入量为2.5～4g/h。

9.根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于，所述步骤S3中纯水进入气液混合泵的通入量为2～5吨/小时。