專利名稱：超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬環(huán)保與節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微污染水或廢水深度處理的設(shè)備，具體涉及一種超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置和方法。
背景技術(shù)：
微污染水體一般是指所含有的污染物種類較多、性質(zhì)較復(fù)雜，但濃度比較低微的水體。其微污染物主要包括石油烴、揮發(fā)酚、氨氮、農(nóng)藥、COD、重金屬、砷、氰化物、鐵、錳等， 這些污染物都會對人體健康造成很大的毒害，尤其是那些難于降解、易于生物積累和具有三致作用的有毒有機(jī)污染物在污染水質(zhì)的同時(shí)也產(chǎn)生了一定的嗅味。常規(guī)的飲用水處理工藝主要是混凝、沉淀或澄清、過濾和消毒。它的主要去除對象是水源水中的懸浮物、膠體雜質(zhì)和細(xì)菌，而對于微污染物質(zhì)則難以去除。針對微污染問題， 人們在飲用水常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上研究開發(fā)了很多新的工藝和技術(shù)包括深度處理技術(shù)。 深度處理通常是指在常規(guī)處理工藝以后，采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，將常?guī)處理工藝不能有效去除的污染物或消毒副產(chǎn)物的前體物加以去除，提高和保證飲用水質(zhì)。深度處理技術(shù)中，應(yīng)用較廣泛的有活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧活性炭、生物活性炭和膜技術(shù)等。臭氧在水溶液中的氧化反應(yīng)是由于臭氧是一種不穩(wěn)定的強(qiáng)氧化劑，O3及其在水中分解的中間產(chǎn)物游離基具有很強(qiáng)氧化性。因此，它能迅速而廣泛地氧化水溶液中某些元素和有機(jī)化合物，即使在低濃度下，也能瞬間完成。同時(shí)臭氧在水中能形成具有強(qiáng)氧化作用的羥基自由基(· 0H)不僅可以消毒殺菌，還可以氧化分解水中污染物。但臭氧本身存在一定的問題，例如臭氧能耗較高，產(chǎn)率較低，國內(nèi)外臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧濃度一般為5% 10%;臭氧在水中的溶解度不高，反應(yīng)完之后大部分臭氧因不能溶解而從水中逸出，最后作為尾氣排掉；臭氧有很強(qiáng)的毒性且易燃易爆；在處理含溴廢水時(shí)，臭氧氧化產(chǎn)生的副產(chǎn)物溴酸鹽也是有毒有害物質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)提及的問題，本發(fā)明提出一種高效的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置和方法，以高效低耗對微污染水或廢水深度進(jìn)行處理。本發(fā)明的技術(shù)方案如下超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，包括外筒和內(nèi)筒，內(nèi)筒位于外筒內(nèi)部，所述外筒和所述內(nèi)筒之間形成紫外處理區(qū)，外筒壁上部設(shè)有出水口 ；所述內(nèi)筒外側(cè)壁上設(shè)有紫外燈，內(nèi)筒頂部設(shè)置有進(jìn)氣管和泄氣閥，底部設(shè)有臭氧進(jìn)氣管，所述臭氧進(jìn)氣管連接臭氧曝氣器；所述內(nèi)筒內(nèi)部上部設(shè)置填料層，填料層下部為超聲反應(yīng)區(qū)，超聲反應(yīng)區(qū)內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有出水閥和超聲換能器。所述臭氧曝氣器為球冠形臭氧曝氣器。所述填料層為包括軟性纖維填料、立式彈性填料和綜合填料在內(nèi)的固定填料。所述超聲波換能器與裝置外的一個(gè)超聲波信號發(fā)生裝置相連。
所述紫外燈的個(gè)數(shù)為4 10個(gè)，平均分布在內(nèi)筒的外壁上。所述紫外燈能夠產(chǎn)生200 250nm波長紫外光。所述內(nèi)筒的直徑與裝置高的比例為1 6 1 8。所述外筒的直徑與裝置高的比例為1 4 1 5。所述填料層的高度與所述臭氧反應(yīng)區(qū)的高度比為1 1 3 1。本發(fā)明的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理方法是利用上述設(shè)備進(jìn)行的，其實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)將待處理水由內(nèi)筒頂部進(jìn)水管注入，將臭氧從內(nèi)筒底部進(jìn)氣管輸入并從球冠型曝氣器逸出，開啟超聲波換能器，在超聲波的協(xié)同作用下，臭氧與被處理水反應(yīng)；臭氧進(jìn)氣壓力在0. 08MP 0. 20MP，所述超聲波換能器頻率設(shè)置在20 80Wiz，功率控制在 30-40W,聲強(qiáng)控制在0. 1 3. Off/cm2,反應(yīng)時(shí)間8 30min ；(2)將步驟(1)處理的水經(jīng)出水閥進(jìn)入紫外處理區(qū)，開啟紫外燈，反應(yīng)時(shí)間 35-45min，將達(dá)到排放要求的被處理水經(jīng)紫外處理區(qū)側(cè)壁上部的出水口排出。本發(fā)明的原理在于(1)超聲波的粉碎作用促使臭氧氣泡粉碎成微氣泡，極大地提高了臭氧的溶解速度，增加了單位時(shí)間內(nèi)臭氧的濃度，水中的污染物受高濃度的臭氧作用，迅速被氧化降解； 超聲波的空化效應(yīng)會使局部產(chǎn)生大量的空化泡，空化泡內(nèi)產(chǎn)生的高溫高于5000K和高壓 50MP，促使空化泡中的臭氧直接快速分解，在溶液中產(chǎn)生更多的活性的羥基自由基，并且加快了向溶液中的傳播速率，產(chǎn)生的自由基，伴隨著空化泡崩潰的沖擊波進(jìn)入水中，由于羥基自由基氧化性極強(qiáng)，水中污染物被迅速氧化降解；超聲波空化效應(yīng)促使臭氧分解產(chǎn)物由常溫常壓下氧化性弱的氧氣轉(zhuǎn)化成常溫常壓下氧化性強(qiáng)的水，使得污染物的降解效果更好；(2)采用在填料層添加填料，臭氧與水逆向流動的方式可以增大水氣接觸面積和加快液膜的紊動更新，提高臭氧的溶解度以及便于充分反應(yīng)；(3)被處理水進(jìn)入U(xiǎn)V處理區(qū)后，溴酸鹽在波長為200 250nm的紫外照射下會產(chǎn)生分解，并利用適當(dāng)波長的紫外線能夠破壞微生物機(jī)體細(xì)胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或 RNA(核糖核酸)的分子結(jié)構(gòu)，造成生長性細(xì)胞死亡和(或)再生性細(xì)胞死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。同時(shí)紫外能去除污水中部分溴酸鹽，減少出水中溴酸鹽的成分。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果對于一般微污染廢水和廢水深度處理中難以降解的污染去除率可達(dá)90%以上， 被處理水中嗅味基本去除；可以去除臭氧處理含溴廢水時(shí)出現(xiàn)的溴酸鹽問題，同時(shí)去除臭氧反應(yīng)的殘留有害物質(zhì)以及對被處理水進(jìn)行消毒；本發(fā)明相較于其它設(shè)備和工藝具有流程簡單，無臭氧尾氣殘留，占地面積減少，易于管理和維修的優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)行費(fèi)用降低15% 20%，無需設(shè)置尾氣回用裝置，出水水質(zhì)可達(dá)國家排放標(biāo)準(zhǔn)的一級標(biāo)準(zhǔn)。


圖1為本發(fā)明超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
4
實(shí)施例如圖1所示的本發(fā)明的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，包括外筒100和位于外筒100內(nèi)的內(nèi)筒200，外筒200的直徑與裝置高的比例為1 4，內(nèi)筒200的直徑與裝置高的比例為1 6，外筒100和內(nèi)筒200之間形成紫外處理區(qū)110，外筒100壁上部設(shè)有出水口 111 ；內(nèi)筒外側(cè)壁上平均分布有6個(gè)能夠產(chǎn)生200 250nm波長紫外光的紫外燈210， 內(nèi)筒200頂部設(shè)置有進(jìn)氣管201和泄氣閥202，底部設(shè)有臭氧進(jìn)氣管203，臭氧進(jìn)氣管203 連接一橡膠膜制球冠形臭氧曝氣器204 ；內(nèi)筒內(nèi)部上部設(shè)置填料層205，填料層205內(nèi)填裝包括填裝軟性纖維填料、立式彈性填料和綜合填料在內(nèi)的固定填料；填料層205下部為超聲反應(yīng)區(qū)206，填料層的高度與臭氧反應(yīng)區(qū)的高度比為1 1 ；超聲反應(yīng)區(qū)內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有出水閥207和超聲換能器208，超聲波換能器208與設(shè)備外的一個(gè)超聲波信號發(fā)生裝置(圖中未示出)相連。取石化行業(yè)污水利用上述設(shè)備進(jìn)行處理，綜合污水的COD :860mg/L 1200mg/L， BOD :240mg/L 330mg/L，NH3-N :35mg/L 67mg/L，臭閾值300 600，具體處理步驟如下(1)將上述污水由內(nèi)筒頂部進(jìn)水管201注入，將臭氧從內(nèi)筒底部進(jìn)氣管203輸入并從球冠型曝氣器204進(jìn)入超聲反應(yīng)區(qū)206，污水經(jīng)填料層205向下流動與臭氧形成對流， 開啟超聲波換能器208，在超聲波的協(xié)同作用下，臭氧充分溶解于污水中與被處理水反應(yīng)； 臭氧進(jìn)氣壓力設(shè)置在0. IMP,超聲波換能器頻率設(shè)置在801ΛΖ，功率控制在40W，聲強(qiáng)控制在 3. OW/cm2，反應(yīng)時(shí)間 30min ；(2)將步驟(1)處理的水經(jīng)出水閥207進(jìn)入紫外處理區(qū)110，開啟紫外燈210，反應(yīng)時(shí)間40min，將經(jīng)處理的水經(jīng)出水口 111排出。對經(jīng)上述處理的出水進(jìn)行檢測C0D< 60mg/L, BOD < 15mg/L，NH3-N < 15mg/ L，臭閾值:< 10。通過上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明相較于其它處理設(shè)備其效率顯著提高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，運(yùn)行狀況良好。上述實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，其特征在于，包括外筒和內(nèi)筒，內(nèi)筒位于外筒內(nèi)部，所述外筒和所述內(nèi)筒之間形成紫外處理區(qū)，外筒壁上部設(shè)有出水口 ；所述內(nèi)筒外側(cè)壁上設(shè)有紫外燈，內(nèi)筒頂部設(shè)置有進(jìn)氣管和泄氣閥，底部設(shè)有臭氧進(jìn)氣管，所述臭氧進(jìn)氣管連接臭氧曝氣器；所述內(nèi)筒內(nèi)部上部設(shè)置填料層，填料層下部為超聲反應(yīng)區(qū)，超聲反應(yīng)區(qū)內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有出水閥和超聲換能器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，其特征在于，所述臭氧曝氣器為球冠形臭氧曝氣器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，其特征在于，所述填料層為包括軟性纖維填料、立式彈性填料和綜合填料在內(nèi)的固定填料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，其特征在于，超聲波換能器與裝置外的一個(gè)超聲波信號發(fā)生裝置相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，其特征在于，所述紫外燈的個(gè)數(shù)為4 10個(gè)，平均分布在內(nèi)筒的外壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，其特征在于，所述紫外燈能夠產(chǎn)生200 250nm波長紫外光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，其特征在于，所述內(nèi)筒的直徑與裝置高的比例為1 6 1 8。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，其特征在于，外筒的直徑與裝置高的比例為1 4 1 5。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置，其特征在于，所述填料層的高度與所述臭氧反應(yīng)區(qū)的高度比為1 1 3 1。
10.一種利用權(quán)利要求1 9任意一項(xiàng)所述裝置的超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將待處理水由內(nèi)筒頂部進(jìn)水管注入，將臭氧從內(nèi)筒底部進(jìn)氣管輸入并從球冠型曝氣器逸出，開啟超聲波換能器，在超聲波的協(xié)同作用下，臭氧與被處理水反應(yīng)；臭氧進(jìn)氣壓力在0. 08MP 0. 20MP,所述超聲波換能器頻率設(shè)置在20 80Wiz，功率控制在30-40W，聲強(qiáng)控制在0. 1 3. Off/cm2,反應(yīng)時(shí)間8 30min ；(2)將步驟(1)處理的水經(jīng)出水閥進(jìn)入紫外處理區(qū)，開啟紫外燈，反應(yīng)時(shí)間35-45min， 將達(dá)到排放要求的被處理水經(jīng)紫外處理區(qū)側(cè)壁上部的出水口排出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲化臭氧與紫外協(xié)同的水處理裝置和方法，包括外筒和外筒，內(nèi)筒位于外筒內(nèi)部，所述外筒和所述內(nèi)筒之間形成紫外處理區(qū)，外筒壁上部設(shè)有出水口；所述內(nèi)筒外側(cè)壁上設(shè)有紫外燈，內(nèi)筒頂部設(shè)置有進(jìn)氣管和泄氣閥，底部設(shè)有臭氧進(jìn)氣管，所述臭氧進(jìn)氣管連接臭氧曝氣器；所述內(nèi)筒內(nèi)部上部設(shè)置填料層，填料層下部為超聲反應(yīng)區(qū)，超聲反應(yīng)區(qū)內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有出水閥和超聲換能器。利用本裝置對微污染廢水進(jìn)行處理可以使出水水質(zhì)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的一級標(biāo)準(zhǔn)；可以去除臭氧處理含溴廢水時(shí)出現(xiàn)的溴酸鹽問題；另外，本發(fā)明的設(shè)備和工藝具有流程簡單，無污染，成本低的特點(diǎn)。
文檔編號C02F1/32GK102491451SQ201110421659
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者伊學(xué)農(nóng), 宋桃莉, 王峰, 趙青, 金鑫 申請人:上海理工大學(xué)