一種帶有旋轉釋放器的廢水脫色裝置及脫色方法與流程
2023-06-11 03:55:06 1
本發明屬於廢水處理領域，具體涉及一種臭氧高級氧化的廢水脫色裝置及方法。
背景技術：
：臭氧是一種極強的氧化劑，是去除廢水色度，臭味，降低COD的有效方法，臭氧本身是一種氧化劑，能夠直接與廢水中的有機物作用，把複雜有機分子氧化成簡單的酸、醇等中間產物。利用物理或化學手段，臭氧能被催化形成氧化性更強的羥基自由基，羥基自由基可以將有機物直接礦化，徹底降解有機物，達到去除色除臭，降低COD的目的。然而臭氧在水中利用率低，停留時間短是限制臭氧催化氧化技術的主要因素，目前常見的提高臭氧在廢水混合效果的方式有砂頭直接曝氣法，兩相泵混合法，水射器混合法。直接曝氣法產生的臭氧氣泡較大，傳質效率低。兩相泵混合法和水射器混合法可以產生更細小的臭氧氣泡，但在釋放過程中由於流速較大，在水相中停留時間短，臭氧利用率也收到限制。技術實現要素：目前，基於臭氧氧化的廢水脫色的設備，普遍存在臭氧利用率不高的問題，為解決該問題，本發明提供了一種提高臭氧利用率的，經濟、高效的廢水脫色裝置。一種帶有旋轉釋放器的廢水脫色裝置，包括：反應器筒體，該反應器筒體內由下至上依次為旋轉釋放區、紫外區、超聲區、吸附區和出水區；設置於所述旋轉釋放區的旋轉釋放器，所述旋轉釋放器外接氣水混合液進液管；設置於所述紫外區的紫外燈；設置於所述超聲區的超聲換能器；填充於所述吸附區內的吸附劑；以及設置於所述出水區上方的集氣罩，所述集氣罩通過氣管連接尾氣吸收裝置。所述氣液混合液進液管上設置兩相泵，氣源產生的臭氧通過氣管進入兩相泵後一同泵入旋轉釋放器，臭氧發生器的最高臭氧產量為10g/h，也可以是其他規格的臭氧發生器，所述出水區設置溢流堰。所述脫色裝置的外形為圓柱體，廢水和臭氧從反應器底部的旋轉釋放器進入，從出水區的溢流堰流出，產生的廢氣在集氣罩上收集後引入尾氣吸收裝置。旋轉釋放器是以氣液混合水從釋放噴頭釋放產生反作用力推動而旋轉。優選地，所述旋轉釋放器包括：水平設置的釋放管，所述釋放管中部通過旋轉接口與氣水混合液進液管連接；以及設置在所述釋放管上且與所述釋放管相連通若干釋放噴頭。進一步優選，所述釋放噴頭在釋放管上均勻布置。進一步優選地，所述釋放噴頭與旋轉平面之間呈5～45°夾角，所述釋放噴頭在其所在傾斜面內噴射角度0～180°可調。釋放器的噴射方向可以斜向上也可以斜向下，優選斜向上噴射，噴出方向在釋放噴頭所在平面內0～180°（進一步優選30～150°可調），斜向上噴射氣水混合物同時，反作用力給釋放管提供旋轉動力。優選地，所述旋轉釋放器與紫外區底部的間距為3～10cm。優選地，所述紫外區內的紫外燈呈陣列排布，相鄰紫外燈之間的間距為5～25cm。進一步優選地，所述紫外燈的功率為10～100W。所有紫外燈豎直安裝。優選地，所述超聲區內分隔為若干豎直布置且相互平行的漸縮漸闊通道，每個漸縮漸闊通道內側均勻分布所述超聲換能器。所述的漸縮漸闊通道的兩端為喇叭口、中間段為圓形通道。相鄰通道之間為實心或空心區域，用於超聲換能器的布線。通道間距由通道數量排布形式和兩端最大直徑決定，儘可能以最多的通道數量進行排布，漸闊部分兩兩相切並且與反應器內壁相切，例如，在通道中，漸縮段和漸擴段最小直徑d2=5～15cm，兩端最大直徑d1=2*d2，漸縮和漸擴部分垂直高度h=3*d2。優選地，每個漸縮漸闊通道內相鄰兩個超聲換能器之間的間距為5～30cm；進一步優選為10～30cm。本發明中相關部件的設置位置最優選地：所述釋放噴頭與旋轉平面之間呈15°夾角，所述釋放噴頭在其所在傾斜面內噴射角度30～150°可調，所述旋轉釋放器與紫外區底部的間距為5cm，相鄰紫外燈之間的間距為15cm，每個漸縮漸闊通道內相鄰兩個超聲換能器之間的間距為20cm。所述超聲換能器的頻率範圍在0.1MHz～1MHz。優選地，所述吸附劑為改性炭黑。進一步優選地，吸附區內改性炭黑催化劑填充率為反應區體積的1/2～2/3。所述改性炭黑可採用本領域中常用的或現有的改性炭黑，也可以採用自製的改性炭黑，優選地，所述改性炭黑為VulcanXC-72，其改性方法為，炭黑在氬氣保護下的石墨爐中進行高溫石墨化，石墨化溫度為2200～2600℃，將石墨化後的炭黑於濃硝酸溶液中120～150℃油浴回流1～3h，隨後用去離子水將炭黑洗淨至出水為pH中性，再浸漬於氨水，攪拌1～3h後，用去離子水洗淨至出水為pH中性並烘乾。進一步優選地，炭黑在氬氣保護下的石墨爐中進行高溫石墨化，石墨化溫度為2500℃，將石墨化後的炭黑於濃硝酸溶液中140℃油浴回流2h，隨後用去離子水將炭黑洗淨至出水為pH中性，再浸漬於氨水，攪拌2h後，用去離子水洗淨至出水為pH中性並烘乾。本發明製備出的改性炭黑具有較大的比表面積，表面帶有大量的含氧酸基和羥基基團。所述改性炭黑裝填於一個聚四氟乙烯網罩中，網罩以牛角的方式固定於改性炭黑區，可以隨意拆卸。本發明還提供一種利用所述廢水脫色裝置進行廢水脫色的方法，包括如下步驟：採用氣液混合泵將臭氧與廢水充分混合後通過所述旋轉釋放器送入反應器筒體內，廢水與臭氧混合液上升，依次經過紫外區、超聲區和吸附區處理後，進入出水區進行出水排放；產生的廢氣由集氣罩收集後排入尾氣收集裝置內；在紫外區內，在紫外照射催化下發生自由基氧化；在超聲區內臭氧在超聲作用下分解並釋放出氧自由基發生氧化作用，同時在超聲波的空化作用下，產生的微氣泡在破滅瞬間產生的熱量促使水分子產生羥基自由基發生氧化作用，強化有機物降解；在吸附區內廢水和沒有利用完的臭氧在改性炭黑的吸附下，將低濃度的有機物富集後再被羥基自由基氧化。臭氧投加量根據水量、水質或者實際工況來確定，一般氣液混合水中臭氧的質量與廢水的體積比控制在（20～100）g：1L。氣水混液以50～1000L/h的流速經旋轉釋放器送入反應器筒體內。隨著臭氧投加量的提高，廢水色度和有機物去除也隨之提高，但進一步增加臭氧投加量，由於氣體量的增加，導致氣液混合不充分，限制了臭氧的溶解。而提高臭氧濃度，可以提高臭氧在水中的平衡濃度，對脫色效率有顯著提高。本發明採用氣液混合泵將臭氧與廢水充分混合，通過一個可以旋轉的臭氧水釋放器，廢水和臭氧納米氣泡被釋放出來，由於釋放噴頭朝向與旋轉釋放器所處平面呈一定的角度，在反衝力的作用下，旋轉釋放器會發生自動的旋轉，旋轉產生的水力擾動又會促使納米臭氧氣泡以一種螺旋上升的軌跡緩慢上浮進入紫外區，提高臭氧水力停留時間，廢水和臭氧進入紫外區，在紫外照射催化下發生自由基氧化，接著進入超聲區，在該區域內，存在兩種氧化機制：①臭氧在超聲作用下分解並釋放出氧自由基發生氧化作用；②在超聲波的空化作用下，產生許多微氣泡，微氣泡的破滅瞬間產生很高的熱量，促使水分子產生羥基自由基發生氧化作用，強化有機物降解。最後廢水和沒有利用完的臭氧進入改性炭黑催化氧化區，在改性炭黑的吸附下，將低濃度的有機物富集後再被羥基自由基氧化，提高反應速率。最終廢水通過溢流堰排出。各處理環節之間相互協同作用，共同提高反應速率。本發明的有益效果是：（1）臭氧水的進水方式為旋轉釋放器，通過調整釋放噴頭的調整，能夠改變氣水混合物水平和垂直的分速度，對氣泡在水相中的運動路線更長，提高了臭氧在水中的停留時間。（2）擾動的水流和臭氧納米氣泡還能對紫外燈進行衝刷作用，避免廢水中某些物質在紫外燈管管壁上結垢。（3）將紫外、超聲、改性炭黑催化臭氧氧化作用集成於一個反應裝置中，在旋轉釋放器均勻布氣的條件下，臭氧依次經過紫外，超聲和改性炭黑催化劑作用，將臭氧轉化成氧化能力更強的羥基自由基，提高了臭氧的利用率。附圖說明圖1為本發明的裝置圖。圖2為旋轉釋放器的結構示意圖。圖3為紫外燈排布方式示意圖。圖4為超聲換能器的布局方式示意圖。1-氣液混合液進液管2-氣源3-兩相泵4-氣管5-旋轉釋放器6-紫外燈7-漸縮漸擴通道8-超聲換能器9-反應器筒體10-吸附劑11-出水區12-溢流堰13-出水口14-集氣罩15-尾氣吸收裝置16-水管51-釋放管52-釋放噴頭53-旋轉接口。具體實施方式如圖1～圖4所示，一種帶有旋轉釋放器的廢水脫色裝置，包括反應器筒體9，反應器筒體為圓柱形筒體，反應器筒體內由下至上依次為旋轉釋放區、紫外區、超聲區、吸附區和出水區11，出水區設置溢流堰12，溢流堰連接出水口13，出水區上方設集氣罩14，集氣罩通過氣管連接尾氣吸收裝置15。旋轉釋放區內安裝旋轉釋放器5，旋轉釋放器的結構示意圖如圖2所示，包括水平設置的釋放管51以及均勻設置在釋放管上的釋放噴頭52，釋放管的中點由旋轉接口53與氣液混合液進液管1相連，氣液混合液進液管外接兩相泵3，水管14和連接氣源2的氣管均接入該兩相泵。釋放噴頭與旋轉平面呈一定夾角安裝在釋放管上，釋放噴頭在其所在傾斜平面內角度0～180°可調，且每個釋放噴頭的角度獨立調節，相鄰釋放噴頭之間的間距為10～30cm。紫外區安裝紫外燈6，俯視圖如圖3所示，紫外燈6在紫外區內呈陣列分布，燈管豎直設置，底部固定於一塊水平板上，相鄰燈管之間的間距為5～25cm，紫外燈的功率為10～100W，紫外燈外接供電電源和控制開關。釋放管與紫外燈固定板之間的間距為3～10cm。超聲區內分隔為若干豎直設置且相互平行的漸縮漸擴通道（本實施方式中設置為4個），每個通道內側均勻安裝超聲換能器，同一通道內相鄰超聲換能器之間的間距為5～30cm，超聲換能器的頻率範圍在0.1MHz～1MHz，通過市購獲得。如圖1所示中的剖面線部分為實心或者空心區域，用於布線及對超聲相關裝置防水，廢水僅由通道內通過。吸附區內填充吸附劑，吸附劑為改性炭黑，改性炭黑裝填於一個聚四氟乙烯網罩中，網罩以牛角的方式固定於改性炭黑區，可以隨意拆卸。具體運行方式如下所述：進水水質情況COD200mg/L，色度350倍，流量500L/h，通過臭氧發生器產生的臭氧以10g/h的流量（4.6LO3+5.4L空氣/h，總共10L/h）經氣管與廢水在兩相泵3混合【10gO3/h=4.6LO3/h，氣液比（質量體積比）=10g:500L=2%】，混合液中臭氧理論含量為20mg/L，然後通過進水管輸送至旋轉釋放器5，臭氧投加量和混合液流量根據水質情況調整，釋放噴頭與旋轉平面的夾角設置為15°，廢水和臭氧納米氣泡通過釋放噴頭釋放出來，在反衝力的作用下，旋轉釋放器自動旋轉起來，其產生的水力擾動又促使納米臭氧氣泡以一種螺旋上升的軌跡緩慢上浮進入紫外區，紫外區安裝有5根紫外燈6，在紫外光照射下，有機物分子被紫外輻射激活,使反應的活化能降低，臭氧被紫外光激發產生羥基自由基，進攻被活化的有機物，加強了氧化效率。隨著水流的上升，廢水進如超聲區，在0.1MHz超聲波作用下，臭氧在超聲作用下分解並釋放出氧自由基發生氧化作用。同時，超聲空化作用產生很高的熱量，促使水分子產生羥基自由基發生氧化作用，強化有機物降解。最後，廢水流入改性炭黑反應區，改性炭黑催化劑填充率為反應區體積的2/3，臭氧在催化填料作用下進一步氧化廢水中的有機物。最終，廢水通過反應器頂部的溢流堰流出，從出水口排放，反應器內的廢氣由集氣罩收集，通過氣管進入尾氣吸收裝置處理。實驗運行相關數據如表1所示：表1反應時間/minCOD去除率色度去除率00.00%0560.60%52.5%1088.10%78.4%2094.90%89.0%3097.00%94.5%實施例2改變進水流速為50L/h，臭氧投加量為5g/h，氣液比為5%，混合液臭氧理論含量為100mg/L，進水COD濃度為500mg/L，色度為800倍，實驗效果如表2所示：表2反應時間/minCOD去除率色度去除率00.00%0544.20%34.5%1072.60%61.3%2085.10%83.0%3092.40%92.1%以上所述僅為本發明專利的具體實施案例，但本發明專利的技術特徵並不局限於此，任何相關領域的技術人員在本發明的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發明的專利範圍之中。當前第1頁1 2 3