CN114477577A - 一种超声波废水处理的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声波废水处理的装置，包括罐体和氧化反应器，罐体配合设置有用以降解多糖类大分子的第一超声波发生器，第一超声波发生器可以为内置式或外置式，第一超声波发生器连接有废水管道，第一超声波发生器的上方设置有反渗透膜，罐体的顶部侧壁上开设有水相出口，水相出口连接有氧化反应器的进液口，氧化反应器的内部设置有用以将气体破碎分散为微气泡的液动式微界面发生器，液动式微界面发生器连通有进气管道，氧化反应器的底部开设有产物出口用以将产物排出。本发明通过结合超声波技术和湿式氧化技术来达到处理高效、节能的处理废水的效果，超声波技术将多糖类大分子降解为小分子有机物，进一步提升废水的处理效率。

Description

一种超声波废水处理的装置及方法

技术领域

本发明属于水处理设备技术领域，具体而言，涉及一种超声波废水处理的装置及方法。

背景技术

随着近年来的不断发展，尤其是城市化的发展，速度惊人，而伴随着城市发展所需要的相关设施的建设却很缓慢，远远跟不上城市的发展速度，特别是对废水的处理。目前，大多数的废水是集中之后进行处理，其处理方法多样，例如对工业废水中的污染物及重金属离子或自然水系中的腐殖质等，在超声波与添加剂的共同作用下，发生剧烈的催化物理化学反应，转化成不可溶物质或气体，水中的大分子多糖类、难降解的有机污染物，被分解为小分子有机物，与添加剂结合成速沉絮体，重金属离子可以直接与添加剂结合生成速沉絮体物沉淀，大的多糖分子转化为小分子有机物，从而达到深度净化污水的目的。但是现有技术中超声波技术往往单独使用，或者湿式氧化单独使用，但是这样对废水处理的效果不高并且在处理废水的过程中能耗增加。在湿式氧化的过程中往往效率也不高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种超声波废水处理的装置，该装置通过结合超声波技术和湿式氧化技术来达到处理高效、节能的处理废水的效果，并且在湿式氧化的时候加入了微界面强化技术，进一步提升废水的处理效率。

本发明的第二目的在于提供一种应用超声波废水处理装置的方法，该方法处理废水效率高、节约能耗。

为了实现上述技术目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种超声波废水处理的装置，包括罐体和氧化反应器，所述罐体配合设置有用以降解大分子多糖类的第一超声波发生器，所述第一超声波发生器连接有废水管道，所述第一超声波发生器的上方设置有反渗透膜，所述罐体的顶部侧壁上开设有水相出口，所述水相出口连接有所述氧化反应器的进液口，所述氧化反应器的内部设置有用以将气体破碎分散为微气泡的液动式微界面发生器，所述液动式微界面发生器连通有进气管道，所述氧化反应器的侧面设置有换热系统，所述换热系统内设置有换热器和加热器用以稳定所述氧化反应器内部的温度，所述换热系统内设置有第二超声波发生器用以分离废水中的杂质，所述氧化反应器的底部开设有产物出口用以将产物排出。

现有技术中，超声波技术和湿式氧化技术相互独立，这样子处理废水的过程中会降低效率和增加能耗。

本发明通过将超声波技术与湿式氧化技术结合，提高了处理废水的效率和降低了能耗。首先，在罐体中加入了第一超声波发生器，第一超声波发生器的超声波频率为20KHz—100KHz，第一超声波发生器将废水中的腐殖质、纤维素等多糖类大分子进行降解，得到含有小分子有机物的水相物料。剩余的杂质从罐体的底部被排出。从第一超声波发生器分解的小分子有机物上升并与水相物料经过反渗透膜的进一步过滤之后送往氧化反应罐。之所以设置反渗透膜，是因为反渗透膜的膜孔径非常小，能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。

优选的，所述液动式微界面发生器通过连通管道连接有气动式微界面发生器，所述气动式微界面发生器连接有所述进气管道。之所以在液动式微界面发生器的正下方设置一个气动式微界面发生器，这是为了保证更多的空气可以被分散破碎然后与水相物料进行反应。但并不是微界面发生器越多越好，当微界面发生器增多会占据氧化反应器内部的空间，同时也会造成氧化反应器内部压力过大的问题，因此，氧化反应器内部的微界面发生器为两个，反应效果最好。

本领域所属技术人员可以理解的是，本发明所采用的微界面发生器在本发明人在先专利中已有体现，如申请号CN201610641119.6、CN201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的专利。在先专利CN201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。

另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将出料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本发明所采用的微界面发生器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本发明微界面发生器可采用的其中一种形式而已。

此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”，并且也阐述了其可以用于微界面强化反应器，验证本身气泡破碎器与微界面发生器之间的关联性；而且在先专利CN106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第[0031]-[0041]段，以及附图部分，其对气泡破碎器S-2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡的效果，附图中也可见气泡破碎器呈锥形的结构，上部的直径比下部的直径要大，也是为了液相能够更好的提供卷吸动力。

由于在先专利申请的初期，微界面发生器才刚研发出来，所以早期命名为微米气泡发生器(CN201610641119.6)、气泡破碎器(201710766435.0)等，随着不断技术改进，后期更名为微界面发生器，现在本发明中的微界面发生器相当于之前的微米气泡发生器、气泡破碎器等，只是名称不一样。

综上所述，本发明的微界面发生器属于现有技术，虽然有的微界面发生器属于气动式微界面发生器类型，有的微界面发生器属于液动式微界面发生器类型，还有的属于气液联动式微界面发生器类型，但是类型之间的差别主要是根据具体工况的不同进行选择，另外关于微界面发生器与反应器、以及其他设备的连接，包括连接结构、连接位置，根据微界面发生器的结构而定，此不作限定。

优选的，所述罐体与所述第一超声波发生器之间通过连接杆连接，所述连接杆连接所述罐体的一端设置有可伸缩装置用以保证所述第一超声波发生器和所述罐体之间稳定连接。可伸缩装置由弹簧及连接件等构成，可以保证第一超声波发生器在振动时不会影响罐体，不会使罐体产生形变，影响反应的安全性。

优选的，所述第一超声波发生器设置在所述罐体的中心位置用以扩大工作面积。之所以将第一超声波发生器设置在罐体的中心位置，这样可以保证第一超声波发生器的周围有足够空间来保证油相和水相进行分离。

优选的，所述进气管道上设置有气体加压机。

优选的，所述换热系统还包括循环泵，所述换热系统的出料口设置在所述氧化反应器的底部，所述循环泵将物料从所述出料口卷吸进入所述换热器，之后经过所述加热器后从所述氧化反应器的顶部开设的回料口返回至所述氧化反应器。

优选的，所述氧化反应器的内部设置有喷射器用以加快液相物料的流速，所述喷射器连接有所述回料口和所述进液口。之所以喷射器是因为液动式微界面发生器和气动式微界面发生器在使用的过程中会发生堵塞，喷射器通过冲洗管道将液相物料输送进液动式微界面发生器中进行冲洗，液动式微界面发生器的堵塞部分可以被冲开，液动式微界面发生器将液相物料通过连通管道输送进气动式微界面发生器，冲开气动式微界面发生器堵塞的孔。这样可以保证氧化反应器内部运行的平稳，提高效率。

优选的，所述喷射器和所述液动式微界面发生器之间设置有冲洗管道用以冲洗微界面发生器。

优选的，所述罐体的底部开设有出液口，所述出液口连接有所述换热器用以给所述换热器提供冷却的温度。

另外，本发明还提供了一种应用超声波废水处理装置的方法，包括如下步骤：

废水经过超声波分离后，含有小分子多糖类的水相向上经过膜过滤后进行湿式氧化，得到产物。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过将超声波技术与湿式氧化技术结合，通过超声波技术将废水中的腐殖质等大分子多糖类降解为小分子有机物，提高了处理废水的效率并且降低了能耗。

2、本发明通过将在湿式氧化技术中添加了微界面技术，增大了气液两相的相界传质面积，提高了废水的处理效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1为本发明实施例提供的一种超声波废水处理装置的结构示意图。

其中：

10、罐体； 11、第一超声波发生器；

12、废水管道； 13、可伸缩装置；

14、反渗透膜； 15、连接杆；

101、水相出口； 102、出液口；

20、氧化反应器； 21、液动式微界面发生器；

22、气动式微界面发生器； 23、换热系统；

231、循环泵； 232、换热器；

233、加热器； 234、第二超声波发生器；

24、气体加压机； 25、喷射器；

26、冲洗管道； 27、连通管道；

28、进气管道； 201、进液口；

202、产物出口； 203、出料口；

204、回料口。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例1

参阅图1所示，为本实施例提供的一种超声波废水处理装置的结构示意图，包括罐体10和氧化反应器20。

罐体10内的正中心设置有第一超声波发生器11，此时第一超声波发生器11为内置式，第一超声波发生器11的左右分别连接有连接杆15，两个连接杆15的两端还连接有可伸缩装置13，两个可伸缩装置13分别设置在罐体10的侧壁，这样可以防止第一超声波发生器11在振动时罐体10变形，影响安全性。第一超声波发生器11的上方设置有反渗透膜14。废水管道12连接着第一超声波发生器11，罐体10的顶端开设有水相出口102，罐体10的最底部开设有出液口101。

罐体10的水相出口102通过管道连接有氧化反应器20的进液口201。氧化反应器20内部从上至下设置有喷射器25、液动式微界面发生器21、气动式微界面发生器22，喷射器25设置在氧化反应器20的顶部，液动式微界面发生器21设置在气动式微界面发生器22的正上方，并且液动式微界面发生器21和气动式微界面发生器22都设置在氧化反应器20的底部。液动式微界面发生器21和喷射器25通过冲洗管道26连接，液动式微界面发生器21和气动式微界面发生器22通过连通管道27相连。液动式微界面发生器21和气动式微界面发生器22都连接有进气管道28，进气管道28上设置了气体加压机24对气体进行加压。

氧化反应器20的外部还设置有换热系统23，其中包括循环泵231、换热器232、加热器233和第二超声波发生器234，循环泵231将氧化反应器20底部的物料从出料口203抽吸进换热系统23，经过换热器232、加热器233和第二超声波发生器234后再从回料口204返回至氧化反应器20。

罐体10底部的出液口101还连接有换热器232，用以给换热器232降温，换热器232的底部也开设一个出口来排出废料。

氧化反应器20的最底部开设有产物出口202，产物从这里出去后被收集保存。

另外，本发明还提供了一种超声波废水处理的方法，首先，在罐体10中加入了第一超声波发生器11，第一超声波发生器11的超声波频率为100KHz，第一超声波发生器11将废水中腐殖质等多糖类大分子进行降解，得到水相物料。油脂、腐殖质等物质由于密度较小从而上升，经过填料分离段14时被收集，剩余的杂质从罐体10的顶部被排出。从第一超声波发生器11中下沉的水相物料经过反渗透膜14的进一步过滤之后送往氧化反应罐。之所以设置反渗透膜14，是因为反渗透膜14的膜孔径非常小，能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。

其次，从氧化反应器20出来的水相物料经过湿式氧化反应，水相物料经过加压后流向液动式微界面发生器21，气体经过微界面分散破碎后与液相物料反应，一边换热系统23还循环抽取液相物料还进行换热，来保证氧化反应器20内部的温度。

其中氧化反应器20的反应温度在190-210℃范围内，反应压力在1.8-2.5MPa范围内。

实施例2

其他操作步骤与实施例1相同，区别仅在于没有第一超声波发生器。

实施例3

其他操作步骤与实施例1相同，区别仅在于氧化反应器内部没有设置液动式微界面发生器。

实施例4

其他操作步骤与实施例1相同，区别仅在于氧化反应器内部没有设置喷射器。

实施例5

其他操作步骤与实施例1相同，区别仅在于没有第二超声波发生器。

实施例6

其他操作步骤与实施例1相同，区别仅在于第一超声波发生器为外置式。

根据实施例1-6得到如下表1的数据：

总之，本发明通过将超声波技术与湿式氧化技术结合，提高了处理废水的效率并且降低了能耗。本发明还通过将在湿式氧化技术中添加了微界面技术，增大了气液两相的相界传质面积，提高了废水的处理效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超声波废水处理的装置，其特征在于，包括罐体和氧化反应器，所述罐体配合设置有用以降解多糖类大分子的第一超声波发生器，所述第一超声波发生器为内置式或外置式，所述第一超声波发生器连接有废水管道，所述第一超声波发生器的上方设置有反渗透膜，所述罐体的顶部侧壁上开设有水相出口，所述水相出口连接有所述氧化反应器的进液口，所述氧化反应器的内部设置有用以将气体破碎分散为微气泡的液动式微界面发生器，所述液动式微界面发生器连通有进气管道，所述氧化反应器的侧面设置有换热系统，所述换热系统内设置有换热器和加热器用以稳定所述氧化反应器内部的温度，所述换热系统内设置有第二超声波发生器用以降解未分解完全的多糖类大分子，所述氧化反应器的底部开设有产物出口用以将产物排出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液动式微界面发生器通过连通管道连接有气动式微界面发生器，所述气动式微界面发生器连接有所述进气管道。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述罐体与所述第一超声波发生器之间通过连接杆连接，所述连接杆连接所述罐体的一端设置有可伸缩装置用以保证所述第一超声波发生器和所述罐体之间稳定连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一超声波发生器设置在所述罐体的中心位置用以扩大工作面积。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进气管道上设置有气体加压机。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述换热系统还包括循环泵，所述换热系统的出料口设置在所述氧化反应器的底部，所述循环泵将物料从所述出料口卷吸进入所述换热器，之后经过所述加热器后从所述氧化反应器的顶部开设的回料口返回至所述氧化反应器。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述氧化反应器的内部设置有喷射器用以加快液相物料的流速，所述喷射器连接有所述回料口和所述进液口。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述喷射器和所述液动式微界面发生器之间设置有冲洗管道用以冲洗微界面发生器。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述罐体的底部开设有出液口，所述出液口连接有所述换热器用以给所述换热器提供冷却的温度。

10.一种应用权利要求1-9任一项所述超声波废水处理装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

废水经过超声波分离后，含有小分子多糖类的水相向上经过膜过滤后进行湿式氧化，得到产物。

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