專利名稱：耦合場氧化污水處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于污水處理技術，特別是在紫外光、超聲波、磁場的藕合作用下用氧、臭氧進行氧化的方法處理污水。
濕式空氣氧化法最初由美學者F.J.Zimmermann于1958年提出，上世紀70年代先后出現各種高效穩(wěn)定的催化濕式空氣氧化法(Lee.D.S.Wet Oxidation Micro Reactor System，Paper at Poll，ControlFED.Cont.New Orleassiana，Louisiana，1988；楊奇等，國外對污水濕式氧化處理的研究進展，環(huán)境科學進展，1994，15(4)；譚亞軍等 廢水濕式催化氧化法及其催化劑的研究進展，環(huán)境工程，1998，17(4))，近年來我國在這方面也有較多的研究(唐文偉等，廢水處理中濕式氧化技術研究進展，上海環(huán)境科學1999，18(5)；雷樂成等，濕式氧化污水處理高濃度染料廢水研究，中國環(huán)境科學，1999(1))。該方法適應于高濃度、難降解、有毒、有害廢水處理，處理規(guī)模一般較小，污染物去除得較為徹底，一般有機物、色度、異味去除率可達到90～99％，但設備投資和運行費用較高，設備投資超過4000元/m3，運行費用超過1.5元/m3。超臨界氧化工藝是上世紀80年代中期美國學者Modell提出的，90年代在發(fā)達國家取得較大進展，實現了工程化(莊源益等，廢水處理新技術中超臨界水氧化法，城市環(huán)境與城市生態(tài)，1998(3)；Bigda，R.J.，Consider Fenton′s Chemistry for Waste WaterTreatment，Chemical Eng.Pro.，Dec.，1995).我國則處于研發(fā)階段(徐中其等，難降解有機廢水處理新技術，江蘇環(huán)境科技，2000.13(1)；林春綿等，超臨界水氧化技術在有機廢水處理中的應用，浙江化工，1996.27(2))。超臨界氧化法是利用超臨界狀態(tài)水氣勻相的特點進行氧化處理廢水，該法適應于各種高濃度、難降解、有毒、有害廢水處理，處理規(guī)模一般較小，污染物去除得更為徹底，一般有機物、色度、異味去除率可達95～99.9％。但設備投資和運行費用高，設備投資一般超過6000元/m3，運行費用超過2元/m3。
臭氧氧化應用較早，也較廣泛，但選擇性較強，氧化效率較低。更多用了消毒。近年來臭氧氧化大多采用與光催化或其他催化氧化相結合，提高了氧化效率。臭氧用臭氧發(fā)生器高壓放電現場制備。臭氧發(fā)生器雖經多年研究改進，提高了效率，降低了運行費用，但該法的設備投資和運行費用仍然較高，這是制約臭氧氧化法的應用和發(fā)展的主要因素(張彭義等，臭氧水處理的進展，環(huán)境科學進展 1995(6))。
特定波長的紫外線對特定物質的氧化具有催化作用。1972年富士島和本田發(fā)現了光照的TiO2單晶電極可以分解水(賀北平等，半導體光催化氧化有機物的研究現狀及發(fā)展趨勢，環(huán)境科學，1994(3))。上世紀80初學者們開始研究將該現象用于污水處理(O.Legrini，Photochemical Process for Water Treatment，ChemicalReviews，1993(2)，R.Bauer，The Photo-Fenton Research and TiO2/UVProcess，Catalysis Today 1999(53)).我國已經開發(fā)出實用的光催化氧化處理污水的工藝(吳東平等，紫外光催化技術處理有機物的研究動態(tài)，環(huán)境工程，1998(3)；雷東成等，光助Fenton氧化PVA退漿廢水的研究，環(huán)境科學學報，2000(2))。該法適應于各種高濃度、難降解、有毒、有害廢水處理，規(guī)模一般較小，一般有機物、色度、異味去除率可達80～90％，設備投資一般超過3500元/m3，運行費用超過1.2元/m3。
磁化可以改變水中鈣鎂等離子和膠體的結構，日本開發(fā)出磁化循環(huán)混凝工藝，效果比較明顯(磁氣式水處理器，日特許第774297號)。
化學氧化法污水具有氧化徹底，無二次污染、占地少、操作簡單、適應范圍廣等優(yōu)點，但也存在反應速度慢、設備造價和運行費用高的缺點。技術發(fā)展的趨勢主要是研發(fā)各種高效催化劑和開發(fā)各種改善氧化條件的新工藝。新工藝方面，主要是改善溫度、壓力等反應條件和施加能量(波)場，如紫外線、超聲波和磁場等，但都是利用單一能量場，對改善氧化的效果還不能令人滿意。
本發(fā)明的這種方法是耦合場氧化法，其處理工藝如附

圖1所述，污水先經磁化處理器進行磁化處理，而后進入初次反應池與混凝劑反應，經初次沉淀池除去懸浮物。除去了懸浮物的污水進入第一耦合場氧化池進行氧化反應，氧化后的污水在反應池中與混凝劑反應，再經過沉淀池沉淀后在第二耦合場氧化池再次氧化反應，二次氧化后水即可排放或回用。如污水中污染物較少時，可以不經過磁化處理、初次混凝劑反應、沉淀，而直接進入第一耦合場氧化池進行氧化反應。該工藝的核心部分是耦合場氧化池中的氧化反應。所述的耦合場是利用多種能量(波)組成的能量場，以改善氧化條件。耦合場可以是磁場(永磁場和電磁場)與超聲波耦合；也可以是磁場與紫外光耦合或者是超聲波和紫外光耦合，還可以是磁場、超聲波和紫外光三種能量組成耦合場。
在耦合場氧化池中設置的超聲波系統。在污水中溶解了多種氣體，存在微氣核，微氣核在超聲波場下不斷形成，膨脹擴大、壓縮崩滅。該過程稱為超聲空化效應，此時形成了空化氣泡(空穴)、包圍空穴表面的超熱液相層和主體液相三個區(qū)域。在空穴形成至崩滅的過程中，其內部的溫度和壓力也隨之不斷變化，溫度由常溫迅速增加到1900°K以上，壓力由負壓迅速增加到50Mpa以上。在如此高溫高壓下，空穴內部的有機物直接燃燒和熱分解。在超熱液相層水呈超臨界狀態(tài)，發(fā)生超臨界氧化反應，反映在均相中進行，提高了氧化效率。隨著空穴不斷地形成和崩滅，空穴、超熱液相層和主體液相不斷換位，則污水中的污染物不斷被氧化分解，而污水表觀上仍然呈常溫常壓狀態(tài)。由于空化效應，水蒸汽可以產生一定量的活化羥基-OH·，OH·具有極強的氧化能力，可以氧化包括難以生物降解的各種有機物。
在耦合氧化池中設置的磁場，包括永磁場和交變電磁場。磁性是物質的普遍屬性，在磁場作用下，磁矩會發(fā)生變化，鍵長、鍵角、鍵力受其影響也會改變，有些污染物的內能大為降低，創(chuàng)造良好的氧化反應條件。在磁場作用下，理化性質也發(fā)生變化，通過靜電作用，籠化作用等進一步加速氧化反應的進程。在磁場作用下，膠體的性質也發(fā)生了變化，改變了膠體的荷電，壓密了反電層，使膠體顆粒更容易長大脫穩(wěn)。污水中的重金屬在磁場作用下更容易生成絡合物，形成膠體，與其他懸浮物一起混凝沉降而分離。
特定波長的紫外線對特定物質的氧化具有催化作用，在污水中存在這些物質時，耦合場氧化池中特定波長的紫外線會進一步加強其氧化作用。
耦合場氧化所用的氧系列氣體是通過對空氣的高壓放電而制得，是由O-、O2、O、O3組成的混合氧化劑。與臭氧相比有如下特點第一，制備條件寬，空氣不需凈化，對其濕度沒有限制；第二，效率更高，同樣采用放電工藝，由于產物是形成臭氧之前的氧系列混合氣體，效率遠高于臭氧的制備。
第三，氧化能力更強，氧化范圍更廣。臭氧的氧化范圍較窄，選擇性強，具有較強的殺菌能力?；旌蠚怏w中有些氧化劑可以直接與H2O生成H2O2、OH·，效率高，氧化能力強。
耦合場氧化污水處理工藝的核心就是耦合場氧化，耦合場氧化的整體設備為耦合場氧化池，其主要包括超聲波、磁場、紫外光照射及氧化系列混合氧化劑產生等設備。
混合氧化劑為工業(yè)用負離子發(fā)生器或臭氧發(fā)生器并加大空氣通量，降低臭氧純度制取。永磁場采用市售不銹鋼永磁極板。交變電場采用多組市售交變電磁極。超聲波采用多組市售超聲波發(fā)生器。紫外線采用廣譜UV燈。另外磁化處理器采用市售水處理磁化器。
耦合場氧化污水處理工藝的運行條件為原水PH值4～10，COD≤8000mg/L，難生物降解的有機物比例，有毒有害物比比例、生物抑制物質、重金屬含量、鹽度、溫度(＞0℃)均不受限制。
永磁場磁感強度0.005～0.01T。
電磁場磁感強度0.5～5.0T。
超聲波頻率4～10×104Hz。
紫外線波長200～300nm，以250～270nm為主。
混合氧化劑氣體通量，根據污水的成分和污染物含量確定，一般為污水量的0.5～30倍。
耦合場氧化污水處理的工藝方法，有機地將電子放電原理、超聲波空化效應、磁場效應、電化學氧化等物理、化學作用耦合于一體，利用超聲波、永磁、交變電磁場、電子放電，紫外光照射等能量，改變水分子和污染物的結構，改變化學鍵結合方式，減少其結合力，降低活化能，激活污染物，使其成為活化狀態(tài)；同時形成眾多高溫高壓空穴，創(chuàng)造了非常好的氧化反應條件，進而在混合氧化劑的作用下，加速污水中污染物的物理化學反應過程，從而達到了污染物被降解凈化的目的。
經過大量實驗，證明本發(fā)明與現有技術相比有如下特點處理效果好，COD、BOD、SS、N、P、色度、異味去除率均可達90％以上，100％殺滅所有細菌和病毒，可以去除重金屬離子；應用范圍廣不僅可以去除可生物降解有機物，還可以去除難生物降解的有機物，并去除所含有的磷、氮、重金屬，以及能除色、除味和消毒；使用條件寬不受溫度、鹽度限制，PH適應范圍廣，重金屬及其他有毒有害物質不影響處理效果；抗沖擊能力強，受水量和水質變化的影響少，可間歇運行，也可連續(xù)運行。
污水采用水產加工廢水添家苯酚、柴油、艷紅染料人工配制，各項指標如下COD2832mg/L、BOD826mg/L、SS860mg/L、油類120mg/L、苯酚80mg/L、色度600倍、PH7.4、Cl-1400mg/L不同反應時間的運行結果示于表1，表中反應時間是總反應時間，其中混凝反應時間各5min，沉淀時間各25min。
實施例2實施例2的耦合場氧化采用磁場和紫外線耦合，紫外線采用廣譜UV燈，波長200-280nm，其他條件完全同實施例1。運行結果示于表1。
實施例3實施例3的耦合場氧化采用超聲波和紫外線耦合，紫外線采用廣譜UV燈，波長200-280nm，其他條件完全同實施例1。運行結果示于表1。
實施例4實施例4的耦合場氧化采用磁場、超聲波和紫外線耦合，紫外線采用UV燈，波長200-280nm，其他條件完全同實施例1。運行結果示于表1。
為了比較實施例1-4的效果，進行了只加磁場、只加超聲波、只加紫外線、單獨臭氧氧化對比。單獨臭氧氧化采用相同型號的臭氧發(fā)生器，但通常壓空氣。其他條件與實施例相同。運行結果示于表1。
實施例5實施例5的工藝流程如附圖2所示。耦合場氧化采用磁場和超聲波耦合，永磁場、電磁場、超聲波、混合氧化劑同實施例1。
污水生活污水添加苯酚、柴油、CuSO4人工配制，各項指標如下COD286mg/L、BOD113mg/L、SS139mg/L、油類30mg/L、苯酚20mg/L、Cu2+200mg/L、PH6.9、Cl-110mg/L。不同反應時間的運行結果示于表2，表中反應時間是總反應時間，其中混凝反應時間5min，沉淀時間25min。
實施例6實施例6的耦合場氧化采用磁場和紫外線耦合，紫外線采用廣譜UV燈，波長，200-280nm，其他條件完全同實施例5。運行結果示于表2。
實施例7實施例7的耦合場氧化采用超聲波和紫外線耦合，紫外線采用廣譜UV燈，波長200-280nm，其他條件完全同實施例5。運行結果示于表2。
實施例8實施例8的耦合場氧化采用磁場、超聲波和紫外線耦合，紫外線采用廣譜UV燈，波長200-280nm，其他條件完全同實施例5。運行結果示于表2。
為了比較實施例5-8的效果，進行了只加磁場、只加超聲波、只加紫外線、單獨臭氧氧化對比。單獨臭氧氧化采用相同型號的臭氧發(fā)生器，但通常壓空氣。其他條件與實施例相同。運行結果示于表2。
表1

表2

權利要求
1.一種氧化污水處理的方法，其特征是以多種能量耦合場氧化為主的污水處理方法；工藝流程為污水進入耦合場氧化池，在磁場、紫外光、超聲波中至少兩種能量組成的耦合場中，用混合氧化劑進行氧化，氧化后的水加混凝劑反應、沉淀，而后再進入耦合場氧化池進二次耦合場氧化；所述磁場是由永磁場和交變電磁場組成，其磁感強度分別為0.005～0.01T和0.5～5.0T；紫外光由廣譜UV燈提供；超聲波由超聲波發(fā)生器提供，其頻率為4～10×104Hz；所述混合氧化劑為空氣高壓放電產生的含有O-、O、O3和O2的氣體；工藝條件為原污水PH4～10，COD≤8000mg/L，水溫＞0°、常壓下進行。
2.如權利要求1所述的氧化污水處理的方法，其特征是污水在進入第一次耦合場氧化池前進行磁化處理，其工藝流程為污水先用水處理磁化器進行磁化處理，然后加入混凝劑進行反應，經沉淀后再行耦合場氧化。
3.如權利要求1，或2所述耦合場氧化處理污水的方法，其特征是耦合場是由磁場、超聲波、紫外光三者組成。
全文摘要
一種耦合場氧化污水處理方法，其工藝為污水先經磁化處理、初次混凝反應、沉淀除去懸浮物后進入第一耦合場氧化池進行氧化，氧化后水再經混凝反應、沉淀然后再次耦合氧化而成。耦合氧化是在磁場、超聲波、紫外光中至少兩者組合的耦合場，用含有O
文檔編號C02F9/02GK1428302SQ0114525
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月27日 優(yōu)先權日2001年12月27日
發(fā)明者陳曦 申請人:陳曦