CN210595626U - 一种工业废水超声波协同催化氧化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业废水超声波协同催化氧化装置，属于水污染治理技术领域，包括腔体、鼓风机、加药系统以及智能控制系统，所述腔体内依次设置有加酸区、初步混合区、反应区、加碱回调区以及沉淀区，所述初步混合区包括第一混合区和第二混合区，所述第一混合区和第二混合区之间设置有隔板；所述反应区的顶部设置有支撑架，所述支撑架上安装有超声波发生器；所述反应区的底部均匀安装有曝气管道，所述曝气管道与位于所述腔体外部的鼓风机连通；所述加酸区、初步混合区、反应区、加碱回调区以及沉淀区的同一侧设置水平高度逐一递减的进水口。本实用新型维护方便，能耗低，减少了药剂的用量，便于工业实施。

Description

一种工业废水超声波协同催化氧化装置

技术领域

本实用新型涉及水污染治理技术领域，具体涉及一种工业废水超声波协同催化氧化装置。

背景技术

工业废水中含有大量的有毒有害有机污染物，这些物质种类繁多，结构复杂，往往采用常规的生物处理法难于降解，一般需要采用物化方法进行预处理或深度处理。目前，最常采用的物化处理方法之一即为Fenton催化氧化。

现有技术中，申请号为201310497035 .6一种难降解废水的处理装置及其废水处理方法，包括依次串联的pH调节池、超声波反应器、催化反应池和沉降池，超声波反应器为单频对射管式超声波反应器，超声波反应器的内壁为波纹状，利用该装置实现对难降解废水的超声波协同Fenton氧化，超声波处理前先投加Fenton试剂，然后进入超声波反应器进行协同氧化反应。但这个方案存在以下缺点：废水需要耐蚀泵抽动，其能耗大，成本高。

申请号为201410061222.4超声波联合光-Fenton 氧化修复有机污染地下水的系统及方法，该装置的主体为超声波联合光-Fenton氧化反应塔，其内包括超声波发生器、紫外光灯、TiO₂催化剂涂层、pH-t 监测仪、搅拌机几项部件，再联合气体回收净化处理装置、冷凝器、Fenton 试剂箱、酸碱槽、蓄水箱、管道及各类泵体。但这个方案存在以下缺点：该装置的主体为反应塔的形式，其结构和废水处理工艺过于复杂，不易对机器进行维护。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点，本实用新型的目的在于提供一种维护方便，能耗低，药剂用量少的工业废水超声波协同催化氧化装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种工业废水超声波协同催化氧化装置，包括腔体、鼓风机、加药系统以及智能控制系统，所述腔体内依次设置有加酸区、初步混合区、反应区、加碱回调区以及沉淀区，所述初步混合区包括第一混合区和第二混合区，所述第一混合区和第二混合区之间设置有隔板；所述反应区的顶部设置有支撑架，所述支撑架上安装有超声波发生器，所述超声波发生器位于反应区的中心位置；所述反应区的底部均匀安装有曝气管道，所述曝气管道与位于所述腔体外部的鼓风机连通；所述加酸区、初步混合区、反应区、加碱回调区以及沉淀区的同一侧设置水平高度逐一递减的进水口。

进一步地，所述加酸区以及反应区的进水口上套接有向腔体底部延伸的排水管。

进一步地，所述沉淀区内设置有斜管填料、污泥斗和隔板，所述污泥斗位于沉淀区的底部，所述斜管填料位于污泥斗上方，所述污泥斗底部设置有排泥管。

进一步地，所述沉淀区的侧壁上设置有出水堰，所述出水堰位于斜管填料的上方。

进一步地，所述加药系统包括药池以及与所述药池管道连接的药泵；所述智能控制系统包括pH计、ORP计和控制主机。

进一步地，所述加酸区、初步混合区、反应区以及加碱回调区均与加药系统管道连接。

进一步地，所述加酸区和加碱回调区内均设置有pH计，所述初步混合区内设置有ORP计；所述控制主机连接所述pH计、ORP计、超声波发生器、鼓风机以及药泵。

进一步地，所述控制主机为单片机控制主机或PLC控制主机。

进一步地，所述的工业废水超声波协同催化氧化装置的废水处理方法，其具体步骤为：

1）废水流入到加酸区内，加入硫酸调节pH值至3-4；

2）酸化的废水从加酸区流入到初步混合区，往初步混合区中的第一混合区加入FeSO₄，往第二混合区内加入H₂O₂；

3）废水从第二混合区流入到反应区，利用曝气管道和超声波发生器加剧废水的催化氧化反应，矿化水中的难溶解的有机物；

4）废水从反应区流入到加碱回调区，往该区内加入氢氧化钠将废水的pH值调至中性，然后顺次加入聚合氯化铝、聚丙烯酰胺，有助于提高反应后的Fe³⁺和Fe²⁺沉淀从水中分离的效果；

5）废水从加碱回调区流到沉淀区，沉淀后的废水从沉淀区的出水堰排出，沉淀废渣落入到污泥斗中

本实用新型设计科学合理，至少具有一下优点：

1.通过腔体内的加酸区、初步混合区、反应区、加碱回调区以及沉淀区的配合处理污水，特别是利用反应区内的超声波发生器替代现有的Fenton反应所需的搅拌器，同时在反应区底部安装曝气管道，通过超声波高效的反应搅拌、超声空化产生的局部高温高压环境、反应区的有效曝气等作用既能够有效地矿化废水的有机物、又能提高Fe²⁺和H₂O₂的利用率，减少了Fe²⁺和H₂O₂药剂的用量。

2.加酸区、初步混合区、反应区、加碱回调区以及沉淀区的进水口的水平高度逐一递减，废水就会在重力的作用下从加酸区一直流到沉淀区，无需使用水泵或者耐蚀泵对废水进行抽动，能大大降低能耗，适用于连续处理废水。

3.加酸区、初步混合区、反应区、加碱回调区以及沉淀区并列设置，方便维护人员进入区域内进行清洗维护。

4. 初步混合区用隔板分为第一混合区和第二混合区，能够有效地控制Fe²⁺先于H₂O₂投加，可以有效保证FeSO₄充分水解成Fe²⁺的时间，以便后加入的H₂O₂能立即进行氧化生成自由基，不会造成双氧水的浪费，同时隔板可以控制水流沿一定的方向进行流动，保持良好的水流流态，以保证工业废水与药剂的充分混合，避免混合死区。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1是本实用新型的结构实施例示意图。

附图中：1-加酸区；2-初步混合区；3-隔板；4-反应区；5-支撑架；6-超声波发生器；7-曝气管道；8-加碱回调区；9-沉淀区；10-斜管填料；11-鼓风机；12-加药系统；13-pH计；14-ORP计；15-药池；16-药泵；17-排水管；18-污泥斗；19-进水口；20-出水堰；21-第一混合区；22-第二混合区；23-第一回调区；24-第二回调区；25-腔体。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此以本实用新型的示意性实施例及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，一种工业废水超声波协同催化氧化装置，包括腔体25、鼓风机11、加药系统12以及智能控制系统，所述腔体25内依次设置有加酸区1、初步混合区2、反应区4、加碱回调区8以及沉淀区9，所述初步混合区2包括第一混合区21和第二混合区22，所述第一混合区21和第二混合区22之间设置有隔板3；所述反应区4的顶部设置有支撑架5，所述支撑架5上安装有超声波发生器6，所述超声波发生器6位于反应区4的中心位置；所述反应区4的底部均匀安装有曝气管道7，所述曝气管道7与位于所述腔体25外部的鼓风机11连通。

进一步地，所述加酸区1、初步混合区2、反应区4、加碱回调区8以及沉淀区9的同一侧设置水平高度逐一递减的进水口19，这样废水就会在重力的作用下从加酸区一直流到沉淀区，无需使用水泵或者耐蚀泵对废水进行抽动，能大大降低能耗；所述沉淀区9内设置有斜管填料10、污泥斗18和隔板3，所述污泥斗18位于沉淀区9的底部，所述斜管填料10位于污泥斗18上方，所述污泥斗18底部设置有排泥管；所述沉淀区9的侧壁上设置有出水堰20，所述出水堰20位于斜管填料10的上方。

进一步地，所述加酸区1以及反应区4的进水口上套接有向腔体底部延伸的排水管17，这样设置是为了进入到加酸区1和反应区4的废水会从区域底部往区域顶部流动，能够让区域内的物质得到充分的混合。另外，加酸区1、初步混合区2、反应区4、加碱回调区8以及沉淀区9的底部均设置有排水阀，用于将区间内的废水清空。

优选地，所述加碱回调区8包括第一回调区23和第二回调区24，所述第一回调区23和第二回调区24之间设置有隔板3。

在一些实施例中，在一些实施例中，所述加药系统12包括药池15以及与所述药池15管道连接的药泵16；所述智能控制系统包括pH计13、ORP计14和控制主机；所述加酸区1、初步混合区2、反应区4以及加碱回调区8均与加药系统12管道连接；所述加酸区1和加碱回调区8内均设置有pH计13，所述初步混合区2内设置有ORP计14；所述控制主机连接所述pH计13、ORP计14、超声波发生器6、鼓风机11以及药泵16；所述控制主机为单片机控制主机或PLC控制主机。pH计13、ORP计14检测到的数据传输到控制主机，控制主机控制水阀、超声波发生器6、鼓风机11以及药泵16的工作状态，这种电控方式早已经是现有技术，在这里就不再过多的阐述。

在一些实施例中，所述的工业废水超声波协同催化氧化装置的废水处理方法，其具体步骤为：

1）废水流入到加酸区1内，加入硫酸调节pH值至3-4；

2）酸化的废水从加酸区1流入到初步混合区2，往初步混合区2中的第一混合区21加入FeSO₄，往第二混合区22内加入H₂O₂；

3）废水从第二混合区22流入到反应区4，利用曝气管道7和超声波发生器6加剧废水的催化氧化反应，矿化水中的难溶解的有机物；

4）废水从反应区4流入到加碱回调区8，所述加碱回调区8包括第一回调区23和第二回调区24，往第一回调区23内加入氢氧化钠将废水的pH值调至中性，同时加入聚合氯化铝，往第二回调区24加入聚丙烯酰胺，聚合氯化铝和聚丙烯酰胺均有助于提高反应后的Fe³⁺和Fe²⁺沉淀从水中分离的效果。

5）废水从加碱回调区8流到沉淀区9，沉淀后的废水从沉淀区9的出水口排出，沉淀废渣落入到污泥斗18中。

具体地，加酸区1：通过加药系统12往该区域内的工业废水中投加酸（为硫酸H₂SO₄），提供Fenton催化氧化所需的条件。

初步混合区2：该区域内投加Fe²⁺（为硫酸亚铁FeSO₄）和H₂O₂，使H₂O₂和FeSO₄在酸性条件下进行初步混合反应。混合区设有隔板3，用于控制水流状态，让水流只能从该区域底部流过，同时保证Fe²⁺和H₂O₂的投加顺序；在一些实施例中，第一混合区21内投加硫酸亚铁FeSO₄，第二混合区22内投加H₂O₂。

反应区4：该区域是Fenton试剂的充分反应区。池内安装超声波发生器6，池底部安装曝气管道7，在超声波和曝气的共同作用下，发生Fenton催化氧化反应，高效快速地去除工业废水中的污染物质，尤其是难于降解的有机物。

支撑架5：位于反应区水面以上位置，用作超声波发生器的支撑架，多为型钢，距水面至少0.3米。

超声波发生器6：安装在支撑架5上，位于反应区的中心位置。超声波发生器一般由头部和杆身两部分组成，杆身是超声波的发射位置，应置于水面以下。

曝气管道7：在反应区底部均匀分布，可以增加反应区内工业废水的含氧量，有利于Fenton催化氧化反应的进行。

加碱回调区8：该区域内投加碱（为氢氧化钠），回调工业废水pH，便于反应后的Fe³⁺和Fe²⁺的沉淀；为更进一步保证后续沉淀效果。在一些实施例中在加碱回调后投加其他混凝剂和助凝剂，通常为聚合氯化铝和聚丙烯酰胺。

沉淀区9：反应后生成的Fe³⁺和Fe²⁺化合物质污泥在此区域内沉淀，区内安装斜管填料10，有利于提高化学污泥的沉淀效率。

鼓风机11：用于提供曝气所需的空气。

加药系统12：用于投加装置反应过程中所需的药剂。

本实施例有以下优点：

本装置主要是将超声波发生器替代现有的Fenton反应所需的搅拌器，并在反应区底部安装曝气管道，利用超声波对工业废水进行协同催化氧化，达到高效去除工业废水中污染物质，降低废水中COD浓度，提高废水可生化性的目的。

工业废水首先进入装置的加酸区，与该区域内投加的酸（为H₂SO₄）进行混合，可以调节废水pH至Fenton反应的最佳pH值（pH=3-4）。

加酸区的出水随后进入初步混合区，该区域内设有隔板，将初步混合区分为两部分。在初步混合区隔板前先投加Fe²⁺（为FeSO₄），可以有效保证FeSO₄充分水解成Fe²⁺的时间，以便在初步混合区隔板后加入的H₂O₂能立即进行氧化生成自由基，不会造成双氧水的浪费。在初步混合区隔板后，已达到最佳反应pH的工业废水中形成的Fe²⁺与投加的H₂O₂进行初步混合反应，生成高反应活性的·OH等自由基。同时隔板可以控制水流沿一定的方向进行流动，保持良好的水流流态，以保证工业废水与药剂的充分混合，避免混合死区。

工业废水和药剂初步混合后进入反应区，反应区有良好的Fenton催化氧化反应所需的酸性环境（pH=3-4）。在该区域的酸性条件下，H₂O₂被Fe²⁺催化分解生成羟基自由基（·OH），并引发产生更多的其它自由基。羟基等自由基的氧化能力极强，能够氧化绝大多数有机物，且反应相当迅速，高效快速地去除工业废水中的污染物质，尤其是难于降解的有机物，降低废水中COD浓度，提高废水的可生化性。

反应区中心位置安装有超声波发生器，通过超声波的传递振动可实现高效的反应搅拌，加强反应区内Fenton药剂和污染物质的混合程度，以提高污染物质的反应效率。

同时，利用超声空化产生的局部高温高压环境能使得溶液中产生·OH等自由基，从而提高Fenton试剂（Fe²⁺和H₂O₂）的利用率，降低药剂成本，充分发挥超声波对Fenton催化氧化反应的协同作用。

超声波还对有机物有极强的矿化能力（最终产物为二氧化碳CO₂和水H₂O），利用其对有机物进行充分的矿化，可以有效减少中间产物的产生和副反应的进行，削弱中间产物、副反应对Fenton催化氧化反应的抑制作用，降低了反应的环境风险。

反应区底部均匀布置曝气管道，在Fenton反应进行的同时，利用鼓风机对反应池内进行均匀曝气，使反应区内水中含氧量增加，有效促进·OH的生成，提高污染物质的去除效率。

在反应区进行充分反应后的工业废水进入加碱回调区。在该区域内，通过加碱（为NaOH）回调废水的pH，使反应后水中的Fe³⁺和Fe²⁺形成化合物质污泥；混凝剂和助凝剂的使用（为聚合氯化铝和聚丙烯酰胺）有助于提高污泥从水中的分离效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工业废水超声波协同催化氧化装置，包括腔体（25）、鼓风机（11）、加药系统（12）以及智能控制系统，其特征在于：所述腔体（25）内依次设置有加酸区（1）、初步混合区（2）、反应区（4）、加碱回调区（8）以及沉淀区（9），所述初步混合区（2）包括第一混合区（21）和第二混合区（22），所述第一混合区（21）和第二混合区（22）之间设置有隔板（3）；所述反应区（4）的顶部设置有支撑架（5），所述支撑架（5）上安装有超声波发生器（6），所述超声波发生器（6）位于反应区（4）的中心位置；所述反应区（4）的底部均匀安装有曝气管道（7），所述曝气管道（7）与位于所述腔体（25）外部的鼓风机（11）连通；所述加酸区（1）、初步混合区（2）、反应区（4）、加碱回调区（8）以及沉淀区（9）的同一侧设置水平高度逐一递减的进水口（19）。

2.根据权利要求1所述的工业废水超声波协同催化氧化装置，其特征在于：所述加酸区（1）以及反应区（4）的进水口上套接有向腔体底部延伸的排水管（17）。

3.根据权利要求1所述的工业废水超声波协同催化氧化装置，其特征在于：所述沉淀区（9）内设置有斜管填料（10）、污泥斗（18）和隔板（3），所述污泥斗（18）位于沉淀区（9）的底部，所述斜管填料（10）位于污泥斗（18）上方，所述污泥斗（18）底部设置有排泥管。

4.根据权利要求1所述的工业废水超声波协同催化氧化装置，其特征在于：所述沉淀区（9）的侧壁上设置有出水堰（20），所述出水堰（20）位于斜管填料（10）的上方。

5.根据权利要求1所述的工业废水超声波协同催化氧化装置，其特征在于：所述加药系统（12）包括药池（15）以及与所述药池（15）管道连接的药泵（16）；所述智能控制系统包括pH计（13）、ORP计（14）和控制主机。

6.根据权利要求5所述的工业废水超声波协同催化氧化装置，其特征在于：所述加酸区（1）、初步混合区（2）、反应区（4）以及加碱回调区（8）均与加药系统（12）管道连接。

7.根据权利要求5所述的工业废水超声波协同催化氧化装置，其特征在于：所述加酸区（1）和加碱回调区（8）内均设置有pH计（13），所述初步混合区（2）内设置有ORP计（14）；所述控制主机连接所述pH计（13）、ORP计（14）、超声波发生器（6）、鼓风机（11）以及药泵（16）。

8.根据权利要求5所述的工业废水超声波协同催化氧化装置，其特征在于：所述控制主机为单片机控制主机或PLC控制主机。

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