CN115043456A - 一种光催化氧化法污水处理装置及其污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光催化氧化法污水处理装置及其污水处理方法，污水处理装置包括有水箱、臭氧注入机构、紫外线照射机构和液基机械撞击机构，臭氧注入机构包括有臭氧发生器、设置于水箱的底部且与臭氧发生器连接的臭氧曝气器，紫外线照射机构包括有与水箱顺次循环连接的进水管、管道式紫外线消毒器和出水管，液基机械撞击机构包括有驱动电机和离心叶轮，离心叶轮水平设置于水箱内的顶部且与驱动电机的驱动轴固定连接，离心叶轮底端的水平高度高于水箱的最高水位，出水管的出水端朝向离心叶轮。本发明既可以阻止臭氧导致的气泡溢出问题，提高光催化氧化的深度氧化效率，同时还提高了设备可小型化，模块化设计的可行性。

Description

一种光催化氧化法污水处理装置及其污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体是一种光催化氧化法污水处理装置及其污水处理方法。

背景技术

目前，氧化法是其中一种比较常见的污水处理方式。相比微生物生化法，氧化法的优势是效率高，没有环境因素(微生物生态突然失衡)引致的污水处理机制突然失效的风险，同时氧化法还可以支持设备的高度自动化、模块化、小型化和工业化设计。氧化法处理污水有许多路径，比如说投入强氧化剂的方式(高锰酸钾，次氯酸钠或双氧水等)，电化学方式，紫外线照射方式，低温等离子体处理方式，臭氧处理方式以及通过特殊催化而实现的深度氧化方式(AOP)。

其中，臭氧处理方式有许多突出的优势：无有毒有害的氧化法副产物残留，不需要化学药剂辅材，设备操作简单，设备维护成本较低。对比紫外线照射法，臭氧处理法的理论活性比较高。另一方面，臭氧的尾气很容易进行分解处理，经过处理后的臭氧就是氧气，非常的环保。然而，臭氧处理方式的缺点就是臭氧的利用率低，臭氧的输送和处理比较困难，需要使用较多的设备，因而能耗很高，一次性的设备投入也比较大。

光催化氧化法的出现就是为了弥补氧化法的一些短板。光催化法一般指的是利用紫外线的照射来产生(诱导)催化作用，大幅度的提高氧化效率。从原理上来看，用紫外线的照射来催化臭氧对污水的氧化功效，是其中一种效率最高的深度氧化法(AdvancedOxidation Process,或AOP)。其主要的机理是：紫外线促进臭氧的分解，如果周边有水分子的话，在这个过程中能产生大量的氢氧自由基(*OH),而在自然界中，这种物质的氧化活性几乎是最高的。由于*OH非常不稳定，其存在时间非常的短，因此如何能大量的产生*OH，并提高*OH和待被氧化物质(杂质)的接触机率，这才是使这种技术方案具备工业应用价值的关键问题。

另一方面，在实际污水处理的应用中，特别是生活污水，比方说屎尿混合液、化粪池的出水，当我们往这些污水中注入大量的气体时，非常容易产生大量的气泡，而这种气泡在有连续气泡源的情况下，是非常难以除的。主要的问题因为当一个大气泡被去除的同时，一般会伴生多个小气泡，这种小气泡是需要一定的时间才能溶入液体里的，而在连续注入臭氧的情况下，会造成污水中气泡的不断堆积。特别是在有臭氧的作用下，因化学反应，污水的发泡率会与时剧增，这种气泡无孔不入，传统的排气装置(由于臭氧的不断注入，污水设备必须有排气装置)和消泡装置(比如：消泡滤网，浇水，针刺，微孔等)均无法长时间的维持高效消泡，或者气液分离，这最终将带来液体的流失，或者液体外溢。这种问题，限制了臭氧法处理生活污水的设备化，模块化和微型化设计的可行性。如果在臭氧法的基础上增加紫外线催化机制，气泡的问题则会更加严重化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光催化氧化法污水处理装置及其污水处理方法，既可以阻止臭氧导致的气泡溢出问题，提高光催化氧化的深度氧化效率，同时还提高了设备可小型化，模块化设计的可行性。

本发明的技术方案为：

一种光催化氧化法污水处理装置，包括有水箱、臭氧注入机构、紫外线照射机构和液基机械撞击机构；所述的臭氧注入机构包括有臭氧曝气器和臭氧发生器，臭氧曝气器设置于水箱的底部，臭氧发生器设置于水箱的外部且与臭氧曝气器连接；所述的紫外线照射机构包括有管道式紫外线消毒器、进水管和出水管，所述的进水管的进水端与水箱的底部连通，进水管的出水端与管道式紫外线消毒器的进口连接，管道式紫外线消毒器的出口与出水管的进水端连接，出水管的出水端与水箱的顶部连通；所述的液基机械撞击机构包括有驱动电机和离心叶轮，驱动电机设置于水箱的外部且固定于水箱的顶端，离心叶轮水平设置于水箱内的顶部且与驱动电机的驱动轴固定连接，离心叶轮底端的水平高度高于水箱的最高水位，出水管的出水端朝向离心叶轮。

所述的水箱的顶部设置有进水口，水箱的底部设置有出水口。

所述的水箱的顶部设置有排气口，所述的离心叶轮位于排气口的水平下方。

所述的水箱的顶部设置有臭氧接头，臭氧发生器通过臭氧进气管与臭氧接头连接，臭氧接头通过臭氧出气管与臭氧曝气器连接，所述的臭氧进气管上设置有进气单向阀。

所述的臭氧曝气器选用臭氧曝气石。

所述的进水管上连接有增压泵，进水管的进水端和出水管的出水端处均连接有水阀，所述的出水管的出水端处连接有朝向离心叶轮的加压喷头。

所述的加压喷头为变径喷头，变径喷头进水端的管径与出水管的管径一致，变径喷头出水端的管径小于变径喷头进水端的管径，变径喷头的出水端朝向离心叶轮。

所述的离心叶轮是由一圈竖直设置的弧形叶片组成，出水管的出水端水平朝向离心叶轮，即出水管出水端喷射的水柱垂直喷射于离心叶轮的弧形叶片上。

一种光催化氧化法污水处理方法，具体包括有以下步骤：

(1)、将待处理的污水注入水箱内，然后启动臭氧注入机构、紫外线照射机构和液基机械撞击机构；

(2)、臭氧发生机组产生的臭氧进入臭氧曝气石，经过臭氧曝气石的细化，臭氧变成了臭氧气泡，臭氧气泡一部分分散在水箱内的污水中，另一部分臭氧气泡堆积于污水的液面处，形成了气液混合泡沫层，此时，水箱内的污水进入臭氧饱和状态；

(3)、臭氧饱和的污水被导入管道式紫外线消毒器中，污水在高辐射密度的紫外线照射场内进行光催化氧化反应处理，被光催化氧化后的高压液流喷射于离心叶轮的弧形叶片上；

(4)、因液基机械撞击机构离心风轮的高速运动，高压液流被破坏，形成液珠群，以螺纹线路向水箱的内壁射出，形成离心激射的刀幕屏障，刀幕屏障一方面阻断了不断往上涨的气液混合泡沫层，同时将气泡中逃逸的臭氧再次通过液珠群强行溶入于因被光催化氧化反应处理而臭氧含量变少的污水中。

本发明的优点：

本发明液基机械撞击机构的离心叶轮在工作的时候，将激射入水箱的污水以离心激射的方式甩至水箱的内壁上，相当于在水箱内安置一把不断旋转的水刀，离心叶轮的高速旋转运动使水刀在污水水面处的气液混合泡沫层上方形成一道刀幕屏障，有效阻断因臭氧曝气器不断注入臭氧而造成的不断上升的气液混合泡沫层；本发明采用液基切削泡沫，液基切削泡沫和固体基(比如金属网，金属针刺)的消泡结构有本质上的区别，因为液基(一般是水基)的基体有溶气的效果，可以压制伴生小气泡的连锁反应，可以将呈叠加势的气液混合泡沫层转化成可控的乳化层，在成功处理和控制泡沫堆的同时，还最大程度地提高了臭氧和污水的接触面积。污水乳化层以下的污水处于臭氧饱和状态，此部分污水被输送到管道式紫外线消毒器内，于近距离范围内被高剂量的紫外线照射，紫外线催化了臭氧氧化活性物质(*OH)的形成，实现了污水杂质的分解、降解，同时也将臭氧转化成环保的氧气。

附图说明

图1是本发明光催化氧化法污水处理装置的结构示意图。

附图标记：1-水箱，2-进水机构，3-排气口，4-出水机构，5a-臭氧曝气石，5b-臭氧发生器，5c-臭氧接头，5d-臭氧进气管，5e-臭氧出气管，5f-进气单向阀，6a-紫外线消毒器，6b-进水管，6c-出水管，6d-增压泵，6e-水阀，6f-变径喷头，7a-驱动电机，7b-离心叶轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

见图1，一种光催化氧化法污水处理装置，包括有水箱1、臭氧注入机构、紫外线照射机构和液基机械撞击机构，水箱1的顶部设置有进水口和排气口3，水箱1的底部设置有出水口，进水口处设置有进水机构2，出水口处设置有出水机构4；

臭氧注入机构包括有臭氧曝气石5a和臭氧发生器5b，臭氧曝气石5a设置于水箱1的底部，臭氧发生器5b设置于水箱1的外部，水箱1的顶部设置有臭氧接头5c，臭氧发生器5b通过臭氧进气管5d与臭氧接头5c连接，臭氧接头5c通过臭氧出气管5e与臭氧曝气石5a连接，臭氧进气管5d上设置有进气单向阀5f；

紫外线照射机构包括有管道式紫外线消毒器6a、进水管6b和出水管6c，进水管6b的进水端与水箱1的底部连通，进水管6b的出水端与管道式紫外线消毒器6a的进口连接，管道式紫外线消毒器6a的出口与出水管6c的进水端连接，出水管6c的出水端与水箱1的顶部连通，进水管6b上连接有增压泵6d，进水管6b的进水端和出水管6c的出水端处均连接有水阀6e(球阀)，出水管6c的出水端处连接有变径喷头6f，变径喷头6f进水端的管径与出水管6c的管径一致，变径喷头6f出水端的管径小于变径喷头6f进水端的管径；

液基机械撞击机构包括有驱动电机7a和离心叶轮7b，驱动电机7a设置于水箱1的外部且固定于水箱1的顶端，离心叶轮7b水平设置于水箱1内的顶部且与驱动电机7a的驱动轴固定连接，离心叶轮7b位于排气口3的水平下方，离心叶轮7b底端的水平高度高于水箱1的最高水位，离心叶轮7b是由一圈竖直设置的弧形叶片组成，变径喷头6f的出水端水平朝向离心叶轮7b，即出变径喷头6f出水端喷射的水柱垂直喷射于离心叶轮7b的弧形叶片上。

一种光催化氧化法污水处理方法，具体包括有以下步骤：

(1)、将待处理的污水通过进水机构2注入水箱1内，此时出水机构4处于关闭状态，然后启动臭氧发生器5b、管道式紫外线消毒器6a、增压泵6d和驱动电机7a，并打开进气单向阀5f和两个水阀6e；

(2)、臭氧发生机组5b产生一定压力的臭氧，臭氧进入臭氧曝气石5a，经过臭氧曝气石5a的细化，臭氧变成了臭氧气泡，臭氧气泡一部分分散在水箱1内的污水中，另一部分臭氧气泡堆积于污水的液面处，形成了气液混合泡沫层，此时，水箱1内的污水进入臭氧饱和状态；

(3)、臭氧饱和的污水在增压泵6d的作用下，被导入管道式紫外线消毒器6a中，污水在高辐射密度的紫外线照射场内进行光催化氧化反应处理，被光催化氧化后的高压液流进入变径喷头6f，因通径的骤然变小，液流被加压，形成激射水柱，变径喷头6f出水端喷射的激射水柱垂直喷射于离心叶轮7b的弧形叶片上；

(4)、因离心风轮7b的高速运动，激射水柱被破坏，形成液珠群，以螺纹线路向水箱1的内壁射出，形成离心激射的刀幕屏障，刀幕屏障一方面阻断了不断往上涨的气液混合泡沫层，同时将气泡中逃逸的臭氧再次通过液珠群强行溶入于因被光催化氧化反应处理而臭氧含量变少的污水中，因而实现最大程度的臭氧利用。离心叶轮7b只是用机械方式来制造液基机械切削的其中一种方法，本领域的技术人员可以用其他的结构，或者组合结构来实现同样的效果，这并不超出本发明的保护范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种光催化氧化法污水处理装置，其特征在于：包括有水箱、臭氧注入机构、紫外线照射机构和液基机械撞击机构；所述的臭氧注入机构包括有臭氧曝气器和臭氧发生器，臭氧曝气器设置于水箱的底部，臭氧发生器设置于水箱的外部且与臭氧曝气器连接；所述的紫外线照射机构包括有管道式紫外线消毒器、进水管和出水管，所述的进水管的进水端与水箱的底部连通，进水管的出水端与管道式紫外线消毒器的进口连接，管道式紫外线消毒器的出口与出水管的进水端连接，出水管的出水端与水箱的顶部连通；所述的液基机械撞击机构包括有驱动电机和离心叶轮，驱动电机设置于水箱的外部且固定于水箱的顶端，离心叶轮水平设置于水箱内的顶部且与驱动电机的驱动轴固定连接，离心叶轮底端的水平高度高于水箱的最高水位，出水管的出水端朝向离心叶轮。

2.根据权利要求1所述的一种光催化氧化法污水处理装置，其特征在于：所述的水箱的顶部设置有进水口，水箱的底部设置有出水口。

3.根据权利要求1所述的一种光催化氧化法污水处理装置，其特征在于：所述的水箱的顶部设置有排气口，所述的离心叶轮位于排气口的水平下方。

4.根据权利要求1所述的一种光催化氧化法污水处理装置，其特征在于：所述的水箱的顶部设置有臭氧接头，臭氧发生器通过臭氧进气管与臭氧接头连接，臭氧接头通过臭氧出气管与臭氧曝气器连接，所述的臭氧进气管上设置有进气单向阀。

5.根据权利要求1所述的一种光催化氧化法污水处理装置，其特征在于：所述的臭氧曝气器选用臭氧曝气石。

6.根据权利要求1所述的一种光催化氧化法污水处理装置，其特征在于：所述的进水管上连接有增压泵，进水管的进水端和出水管的出水端处均连接有水阀，所述的出水管的出水端处连接有朝向离心叶轮的加压喷头。

7.根据权利要求6所述的一种光催化氧化法污水处理装置，其特征在于：所述的加压喷头为变径喷头，变径喷头进水端的管径与出水管的管径一致，变径喷头出水端的管径小于变径喷头进水端的管径，变径喷头的出水端朝向离心叶轮。

8.根据权利要求1所述的一种光催化氧化法污水处理装置，其特征在于：所述的离心叶轮是由一圈竖直设置的弧形叶片组成，出水管的出水端水平朝向离心叶轮，即出水管出水端喷射的水柱垂直喷射于离心叶轮的弧形叶片上。

9.根据权利要求1所述的一种光催化氧化法污水处理装置的污水处理方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：

(1)、将待处理的污水注入水箱内，然后启动臭氧注入机构、紫外线照射机构和液基机械撞击机构；

(2)、臭氧发生机组产生的臭氧进入臭氧曝气石，经过臭氧曝气石的细化，臭氧变成了臭氧气泡，臭氧气泡一部分分散在水箱内的污水中，另一部分臭氧气泡堆积于污水的液面处，形成了气液混合泡沫层，此时，水箱内的污水进入臭氧饱和状态；

(3)、臭氧饱和的污水被导入管道式紫外线消毒器中，污水在高辐射密度的紫外线照射场内进行光催化氧化反应处理，被光催化氧化后的高压液流喷射于离心叶轮的弧形叶片上；

(4)、因液基机械撞击机构离心风轮的高速运动，高压液流被破坏，形成液珠群，以螺纹线路向水箱的内壁射出，形成离心激射的刀幕屏障，刀幕屏障一方面阻断了不断往上涨的气液混合泡沫层，同时将气泡中逃逸的臭氧再次通过液珠群强行溶入于因被光催化氧化反应处理而臭氧含量变少的污水中。

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