CN205821079U - 一种超声光芬顿反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种超声光芬顿反应器，该超声光芬顿反应器从下至上依次包括超声发生器、过硫酸盐定时加料器及紫外灯，超声发生器底部连有进水管，进水管上设有进水阀门，超声发生器上部远离进水管一侧连有出水管，出水管上设有出水阀门，所述过硫酸盐定时加料器与进水管同侧，且贴壁设于超声发生器上方，所述超声发生器底部还铺设有四氧化三铁层。该超声光芬顿反应器能够同时利用超声、紫外、光芬顿协同强化作用，高效降解污水中的污染物质，操作控制方便简单，处理效果好，在污水处理方面具有实用价值。

Description

一种超声光芬顿反应器

技术领域

本实用新型属于污水处理技术领域，涉及一种超声光芬顿反应器，特别是涉及一种利用超声催化活化分子光芬顿去除污水中污染物的处理装置。

背景技术

近年来，高级氧化技术由于其操作简单，不产生二次污染，同时在处理毒性大、难降解、浓度高的污水方面处理效果显著，因此有很大的进展。其中芬顿反应就是一种高级氧化技术，其通过Fe²⁺和H₂O₂的反应，产生强氧化剂羟基自由基，继而氧化降解污水，破坏污水中微生物的细胞壁，使细胞内的细胞质释放，并将大分子难降解有机物分解为小分子物质，增加污水的无机化程度。但传统芬顿试剂产生自由基需要在pH小于3的条件下完成，同时要求高浓度Fe²⁺和H₂O₂，因此需要预先酸化，操作麻烦，成本较高，且Fe²⁺有颜色，将影响出水的色度，因此芬顿技术优化研究成为其发展方向。光芬顿技术就是基于芬顿技术，引入紫外光，大大提高了H₂O₂的利用效率，促进H₂O₂转化为自由基，且反应中间产物Fe(OH)₃有絮凝作用也去除悬浮物，因而得以广泛应用。但光芬顿技术存在有机物矿化不充分，中间产物复杂，且可产生有毒产物等问题，且仍无法降低处理成本，因此也有其自身的局限性。

在污水处理方面，利用超声降解水中污染物，尤其是难降解的有毒有机污染物的应用自20世纪90年代以来已十分广泛，超声处理是一种清洁高效的处理方法，其主要通过超声产生的空化泡溃灭消长过程所创造的高温高压环境以及水分子在该极端环境作用下产生的自由基降解有机物。不仅如此，超声还具有有效的促进传质提高化学反应速率，将有机物转化CO₂和H₂O或者将其他毒害较小的有机物等特点。但若污水只进行单独超声处理，羟基自由基产率不高，有机物降解速度较慢，能耗大，处理效率不高。因此超声联合工艺处理开始受到研究者的青睐。

过硫酸盐具有水溶性好，稳定性强和氧化性较强的优点，且在热、光或催化剂作用下能够生成硫酸根自由基SO₄·^-，并能长时间存在。SO₄·^-继而有效将污染物转化为低毒、易生物降解的小分子物质如二氧化碳和水，因此达到污水处理效果。Fe²⁺是常用的SO₄·^-引发剂，但为了避免沉淀，该反应应控制pH<3，这在一定程度上限值了其应用范围，且单独作用时处理效果有待提高。因此，近年来超声辅助过硫酸盐联合体系，备受业内关注，由于其表现出明显的协同效应，对降解污水中有毒有害污染物有良好效果。超声辅助过硫酸盐联合体系克服了单独超声作用“高能低效”的技术缺陷，集多种强氧化性自由基于一体，反应体系复杂，对污水处理方面具有很广泛的应用价值。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是针对单独超声处理或单独光芬顿处理的效率低下、电耗大、处理效果不理想等问题，提供一种超声光芬顿反应器，该反应器能够高效、低耗、有效地进行污水处理。

本实用新型技术方案：

一种超声光芬顿反应器，从下至上依次包括超声发生器、过硫酸盐定时加料器及紫外灯，超声发生器底部连有进水管，进水管上设有进水阀门，超声发生器上部远离进水管一侧连有出水管，出水管上设有出水阀门，所述过硫酸盐定时加料器与进水管同侧，且贴壁设于超声发生器上方，所述超声发生器底部还铺设有四氧化三铁层。进水时，打开进水阀门，污水从通过进水管从进水口流入超声发生器内右，出水时打开出水阀门，处理后的污水从出水管中排出。所述超声发生器进水端配有过硫酸盐定时加料器，可沿反应器器壁定时自动滴加过硫酸盐溶液，从而在超声发生器内形成超声辅助过硫酸盐联合体系。底层铺设的四氧化三铁向溶液中提供Fe²⁺，引发S₂O₈ ^2-的活化。整个超声反应均在紫外灯的照射下进行，对超声发生器中过硫酸盐进行进一步的催化，实现光芬顿技术，提高了过硫酸盐的利用效率，促进过硫酸盐转化为自由基，提高处理效果。

所述超声发生器外表面设有控制面板，所述控制面板上设有电源开关、定时显示屏、定时指示灯、温度显示屏和温度指示灯，显示超声过程的具体时间与超声发生器中的液体温度，可直观把握反应器中的反应进程与温度情况，以便及时进行控制调整。所述控制面板上还设有相应的启动/停止按钮、定时减数按钮、定时加数按钮、温度减数按钮和温度加数按钮。可实现对超声过程中的时间与温度进行严格地控制，且操作简单方便。

所述超声发生器内液体的液面低于过硫酸盐定时加料器下沿。

所述进水管与超声发生器的连接口高于四氧化三铁层。

所述超声发生器呈立方体形。

所述四氧化三铁层中的四氧化三铁为商业四氧化三铁。

有益效果：

1.本实用新型提供的超声光芬顿反应器能够实现超声辅助过硫酸盐联合体系与光芬顿技术的结合，使之协同强化，进一步降低水中污染物含量；

2.使用四氧化三铁活化S₂O₈ ^2-产生SO₄·^-，拓宽了pH的使用范围，能够实现在更广泛pH值范围内Fe₃O₄-S₂O₈ ^2-对污染物的快速降解；

3.通过将过硫酸盐定时加料器、控制面板与超声发生器相结合，用于严格控制过硫酸盐滴加的量、反应容器中的超声的温度与时间，以减小实验误差，提高实验结果的严谨性与可靠性，且操作简单方便。

附图说明

图1为本实用新型中的一种超声光芬顿反应器的结构示意图；

图2为实施例1中涉及的光芬顿反应的反应机理图；

图3为实施例2中的超声光芬顿反应器氧化处理罗丹明B的降解曲线图；

其中，1、进水管，2、紫外灯，3、过硫酸盐定时加料器，4、超声发生器，5、控制面板，6、四氧化三铁层，7、出水管，8、进水阀门，9、出水阀门，10、电源开关，11、定时显示屏，12、定时指示灯，13、温度指示灯，14、温度显示屏，15、定时减数按钮，16、定时加数按钮，17、启动/停止按钮，18、温度减数按钮，19、温度加数按钮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

如图1所示，一种超声光芬顿反应器，从下至上依次包括超声发生器4、过硫酸盐定时加料器3及紫外灯2，超声发生器4底部连有进水管1，进水管1上设有进水阀门8，超声发生器4上部远离进水管1一侧连有出水管7，出水管7上设有出水阀门9，所述过硫酸盐定时加料器3与进水管1同侧，且贴壁设于超声发生器4上方，所述超声发生器4底部还铺设有四氧化三铁层6。

进水时，打开进水阀门8，污水从通过进水管1从进水口流入超声发生器4内；出水时，打开出水阀门9，处理后的污水从出水管7中排出。过硫酸盐定时加料器3可沿超声发生器4器壁定时自动滴加过硫酸盐溶液，从而在超声发生器4内形成超声辅助过硫酸盐联合体系。底层铺设的四氧化三铁层6向溶液中提供Fe²⁺，引发S₂O₈ ^2-的活化。整个超声反应均在紫外灯2的照射下进行，对超声发生器4中过硫酸盐进行进一步的催化，实现光芬顿技术，提高了过硫酸盐的利用效率，促进过硫酸盐转化为自由基，提高处理效果。

所述超声发生器4外表面设有控制面板5，所述控制面板5上设有电源开关10、定时显示屏11、定时指示灯12、温度显示屏14和温度指示灯13，显示超声过程的具体时间与超声发生器4中的液体温度，可直观把握超声发生器4中的反应进程与温度情况，以便及时进行控制调整。所述控制面板5上还设有相应的启动/停止按钮17、定时减数按钮15、定时加数按钮16、温度减数按钮18和温度加数按钮19，可实现对超声过程中的时间与温度进行严格地控制，且操作简单方便。

污水进水前，打开紫外灯2，设定好过硫酸盐定时加料器3的加料时间，开启超声发生器4的电源开关10，通过控制面板5上的定时减数按钮15、定时加数按钮16、温度减数按钮18、温度加数按钮19设定好超声发生器4内超声反应的时间和反应温度，其具体数值分别显示在定时显示屏11和温度显示屏15上。按下启动/停止按钮17开始超声。打开进水阀门8，通入污水，使其流经进水管1从超声发生器4下端的进水口流入超声发生器4中，入水口高于超声发生器4底层铺设的四氧化三铁，以减小水力冲击对四氧化三铁的扰动，同时又保证水与四氧化三铁的充分接触。

超声发生器4内形成超声辅助过硫酸盐联合体系。体系中，超声作用催化过硫酸盐产生SO₄·^-[式(1)]，产生的SO₄·^-水解，生成·OH[式(2)]，而SO₄·^-与·OH都是氧化性很强的自由基，在它们的联合作用下，污水中部分污染物降解为为CO₂和水等，低毒、易生物降解的小分子物质，从而达到降解污染物的效果。

SO₄·^-+H₂O→H⁺+SO₄ ^2-+·OH (2)

过硫酸盐定时加料器3加料的同时，在紫外光的作用下，Fe₃O₄中的Fe²⁺催化S₂O₈ ^2-产生SO₄·^-，自身被氧化为Fe³⁺。在酸性和中性条件下，主要为强氧化性的SO₄·^-起到降解有机物的作用。而在碱性条件下，SO₄·^-结合OH^-生成羟基自由基(·OH)，实现光芬顿效应，其反应机理如图2所示。实现了SO₄·^-与羟基自由基共同参与降解有机物。

此外，紫外光辐射和超声的自由基效应都能起到强化光芬顿作用，紫外光促进芬顿降解污染物的速率，同时促进·OH的生成速率，从而强化芬顿氧化效率。而超声空化效应瞬间产生的高温高压极限物理环境也可以促进芬顿反应的进行，超声传质效应在超声光芬顿反应中还起到了促进传质的作用，因此超声与光芬顿之间具有协同强化作用。

当液面没过出水口时，打开出水阀门9，处理后的水从超声发生器4出水口通过出水管7流出。

在紫外光和超声的同时作用下，由于超声空化的反应机理与紫外光催化机理不同，前者的频率不能达到紫外光的高频，两者的传播介质与能量水平也有差异，因此超声与紫外光辐射间存在协同强化作用。超声的空化作用结合紫外光的催化活化，大大增加了羟基自由基的产率，增强了对有机物的降解和矿化能力。

实施例2

采用超声光芬顿处理器氧化处理罗丹明B溶液。

降解步骤为：

准确称取20mg的罗丹明B，将其溶于超纯水中，并定容至1000ml，制得20mg/L的罗丹明B溶液；罗丹明B溶液流速为1L/min时，每十分钟对超声发生器里面的罗丹明B浓度进行测量，结果如图3所示，约1小时后，罗丹明B基本降解完成。

Claims (6)

1.一种超声光芬顿反应器，其特征在于，从下至上依次包括超声发生器（4）、过硫酸盐定时加料器（3）及紫外灯（2），超声发生器（4）底部连有进水管（1），进水管（1）上设有进水阀门（8），超声发生器（4）上部远离进水管（1）一侧连有出水管（7），出水管（7）上设有出水阀门（9），所述过硫酸盐定时加料器（3）与进水管（1）同侧，且贴壁设于超声发生器（4）上方，所述超声发生器（4）底部还铺设有四氧化三铁层（6）。

2.根据权利要求1所述的一种超声光芬顿反应器，其特征在于，所述超声发生器（4）外表面设有控制面板（5），所述控制面板（5）上设有电源开关（10）、定时显示屏（11）、定时指示灯（12）、温度显示屏（14）和温度指示灯（13），以及相应的启动/停止按钮（17）、定时减数按钮（15）、定时加数按钮（16）、温度减数按钮（18）和温度加数按钮（19）。

3.根据权利要求1所述的一种超声光芬顿反应器，其特征在于，所述超声发生器（4）内液体的液面低于过硫酸盐定时加料器（3）下沿。

4.根据权利要求1所述的一种超声光芬顿反应器，其特征在于，所述进水管（1）与超声发生器（4）的连接口高于四氧化三铁层（6）。

5.根据权利要求1~3任一项所述的一种超声光芬顿反应器，其特征在于，所述超声发生器（4）呈立方体形。

6.根据权利要求1所述的一种超声光芬顿反应器，其特征在于，所述四氧化三铁层（6）中的四氧化三铁为商业四氧化三铁。