本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)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(shù)：
：臭氧是一種極強(qiáng)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(jī)物作用，把復(fù)雜有機(jī)分子氧化成簡單的酸、醇等中間產(chǎn)物。利用物理或化學(xué)手段，臭氧能被催化形成氧化性更強(qiáng)的羥基自由基，羥基自由基可以將有機(jī)物直接礦化，徹底降解有機(jī)物，達(dá)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(shù)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(chǎn)生的臭氧氣泡較大，傳質(zhì)效率低。兩相泵混合法和水射器混合法可以產(chǎn)生更細(xì)小的臭氧氣泡，但在釋放過程中由于流速較大，在水相中停留時間短，臭氧利用率也收到限制。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：目前，基于臭氧氧化的廢水脫色的設(shè)備，普遍存在臭氧利用率不高的問題，為解決該問題，本發(fā)明提供了一種提高臭氧利用率的，經(jīng)濟(jì)、高效的廢水脫色裝置。一種帶有旋轉(zhuǎn)釋放器的廢水脫色裝置，包括：反應(yīng)器筒體，該反應(yīng)器筒體內(nèi)由下至上依次為旋轉(zhuǎn)釋放區(qū)、紫外區(qū)、超聲區(qū)、吸附區(qū)和出水區(qū)；設(shè)置于所述旋轉(zhuǎn)釋放區(qū)的旋轉(zhuǎn)釋放器，所述旋轉(zhuǎn)釋放器外接氣水混合液進(jìn)液管；設(shè)置于所述紫外區(qū)的紫外燈；設(shè)置于所述超聲區(qū)的超聲換能器；填充于所述吸附區(qū)內(nèi)的吸附劑；以及設(shè)置于所述出水區(qū)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(jìn)液管上設(shè)置兩相泵，氣源產(chǎn)生的臭氧通過氣管進(jìn)入兩相泵后一同泵入旋轉(zhuǎn)釋放器，臭氧發(fā)生器的最高臭氧產(chǎn)量為10g/h，也可以是其他規(guī)格的臭氧發(fā)生器，所述出水區(qū)設(shè)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(yīng)器底部的旋轉(zhuǎn)釋放器進(jìn)入，從出水區(qū)的溢流堰流出，產(chǎn)生的廢氣在集氣罩上收集后引入尾氣吸收裝置。旋轉(zhuǎn)釋放器是以氣液混合水從釋放噴頭釋放產(chǎn)生反作用力推動而旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)釋放器包括：水平設(shè)置的釋放管，所述釋放管中部通過旋轉(zhuǎn)接口與氣水混合液進(jìn)液管連接；以及設(shè)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(jìn)一步優(yōu)選，所述釋放噴頭在釋放管上均勻布置。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述釋放噴頭與旋轉(zhuǎn)平面之間呈5～45°夾角，所述釋放噴頭在其所在傾斜面內(nèi)噴射角度0～180°可調(diào)。釋放器的噴射方向可以斜向上也可以斜向下，優(yōu)選斜向上噴射，噴出方向在釋放噴頭所在平面內(nèi)0～180°（進(jìn)一步優(yōu)選30～150°可調(diào)），斜向上噴射氣水混合物同時，反作用力給釋放管提供旋轉(zhuǎn)動力。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)釋放器與紫外區(qū)底部的間距為3～10cm。優(yōu)選地，所述紫外區(qū)內(nèi)的紫外燈呈陣列排布，相鄰紫外燈之間的間距為5～25cm。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述紫外燈的功率為10～100W。所有紫外燈豎直安裝。優(yōu)選地，所述超聲區(qū)內(nèi)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(nèi)側(cè)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?fù)ǖ乐g為實(shí)心或空心區(qū)域，用于超聲換能器的布線。通道間距由通道數(shù)量排布形式和兩端最大直徑?jīng)Q定，盡可能以最多的通道數(shù)量進(jìn)行排布，漸闊部分兩兩相切并且與反應(yīng)器內(nèi)壁相切，例如，在通道中，漸縮段和漸擴(kuò)段最小直徑d2=5～15cm，兩端最大直徑d1=2*d2，漸縮和漸擴(kuò)部分垂直高度h=3*d2。優(yōu)選地，每個漸縮漸闊通道內(nèi)相鄰兩個超聲換能器之間的間距為5～30cm；進(jìn)一步優(yōu)選為10～30cm。本發(fā)明中相關(guān)部件的設(shè)置位置最優(yōu)選地：所述釋放噴頭與旋轉(zhuǎn)平面之間呈15°夾角，所述釋放噴頭在其所在傾斜面內(nèi)噴射角度30～150°可調(diào)，所述旋轉(zhuǎn)釋放器與紫外區(qū)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(nèi)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范圍在0.1MHz～1MHz。優(yōu)選地，所述吸附劑為改性炭黑。進(jìn)一步優(yōu)選地，吸附區(qū)內(nèi)改性炭黑催化劑填充率為反應(yīng)區(qū)體積的1/2～2/3。所述改性炭黑可采用本領(lǐng)域中常用的或現(xiàn)有的改性炭黑，也可以采用自制的改性炭黑，優(yōu)選地，所述改性炭黑為VulcanXC-72，其改性方法為，炭黑在氬氣保護(hù)下的石墨爐中進(jìn)行高溫石墨化，石墨化溫度為2200～2600℃，將石墨化后的炭黑于濃硝酸溶液中120～150℃油浴回流1～3h，隨后用去離子水將炭黑洗凈至出水為pH中性，再浸漬于氨水，攪拌1～3h后，用去離子水洗凈至出水為pH中性并烘干。進(jìn)一步優(yōu)選地，炭黑在氬氣保護(hù)下的石墨爐中進(jìn)行高溫石墨化，石墨化溫度為2500℃，將石墨化后的炭黑于濃硝酸溶液中140℃油浴回流2h，隨后用去離子水將炭黑洗凈至出水為pH中性，再浸漬于氨水，攪拌2h后，用去離子水洗凈至出水為pH中性并烘干。本發(fā)明制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(tuán)。所述改性炭黑裝填于一個聚四氟乙烯網(wǎng)罩中，網(wǎng)罩以牛角的方式固定于改性炭黑區(qū)，可以隨意拆卸。本發(fā)明還提供一種利用所述廢水脫色裝置進(jìn)行廢水脫色的方法，包括如下步驟：采用氣液混合泵將臭氧與廢水充分混合后通過所述旋轉(zhuǎn)釋放器送入反應(yīng)器筒體內(nèi)，廢水與臭氧混合液上升，依次經(jīng)過紫外區(qū)、超聲區(qū)和吸附區(qū)處理后，進(jìn)入出水區(qū)進(jìn)行出水排放；產(chǎn)生的廢氣由集氣罩收集后排入尾氣收集裝置內(nèi)；在紫外區(qū)內(nèi)，在紫外照射催化下發(fā)生自由基氧化；在超聲區(qū)內(nèi)臭氧在超聲作用下分解并釋放出氧自由基發(fā)生氧化作用，同時在超聲波的空化作用下，產(chǎn)生的微氣泡在破滅瞬間產(chǎn)生的熱量促使水分子產(chǎn)生羥基自由基發(fā)生氧化作用，強(qiáng)化有機(jī)物降解；在吸附區(qū)內(nèi)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(jī)物富集后再被羥基自由基氧化。臭氧投加量根據(jù)水量、水質(zhì)或者實(shí)際工況來確定，一般氣液混合水中臭氧的質(zhì)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(jīng)旋轉(zhuǎn)釋放器送入反應(yīng)器筒體內(nèi)。隨著臭氧投加量的提高，廢水色度和有機(jī)物去除也隨之提高，但進(jìn)一步增加臭氧投加量，由于氣體量的增加，導(dǎo)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(fā)明采用氣液混合泵將臭氧與廢水充分混合，通過一個可以旋轉(zhuǎn)的臭氧水釋放器，廢水和臭氧納米氣泡被釋放出來，由于釋放噴頭朝向與旋轉(zhuǎn)釋放器所處平面呈一定的角度，在反沖力的作用下，旋轉(zhuǎn)釋放器會發(fā)生自動的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)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(jìn)入紫外區(qū)，提高臭氧水力停留時間，廢水和臭氧進(jìn)入紫外區(qū)，在紫外照射催化下發(fā)生自由基氧化，接著進(jìn)入超聲區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，存在兩種氧化機(jī)制：①臭氧在超聲作用下分解并釋放出氧自由基發(fā)生氧化作用；②在超聲波的空化作用下，產(chǎn)生許多微氣泡，微氣泡的破滅瞬間產(chǎn)生很高的熱量，促使水分子產(chǎn)生羥基自由基發(fā)生氧化作用，強(qiáng)化有機(jī)物降解。最后廢水和沒有利用完的臭氧進(jìn)入改性炭黑催化氧化區(qū)，在改性炭黑的吸附下，將低濃度的有機(jī)物富集后再被羥基自由基氧化，提高反應(yīng)速率。最終廢水通過溢流堰排出。各處理環(huán)節(jié)之間相互協(xié)同作用，共同提高反應(yīng)速率。本發(fā)明的有益效果是：（1）臭氧水的進(jìn)水方式為旋轉(zhuǎn)釋放器，通過調(diào)整釋放噴頭的調(diào)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(yùn)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(jìn)行沖刷作用，避免廢水中某些物質(zhì)在紫外燈管管壁上結(jié)垢。（3）將紫外、超聲、改性炭黑催化臭氧氧化作用集成于一個反應(yīng)裝置中，在旋轉(zhuǎn)釋放器均勻布?xì)獾臈l件下，臭氧依次經(jīng)過紫外，超聲和改性炭黑催化劑作用，將臭氧轉(zhuǎn)化成氧化能力更強(qiáng)的羥基自由基，提高了臭氧的利用率。附圖說明圖1為本發(fā)明的裝置圖。圖2為旋轉(zhuǎn)釋放器的結(jié)構(gòu)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(jìn)液管2-氣源3-兩相泵4-氣管5-旋轉(zhuǎn)釋放器6-紫外燈7-漸縮漸擴(kuò)通道8-超聲換能器9-反應(yīng)器筒體10-吸附劑11-出水區(qū)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(zhuǎn)接口。具體實(shí)施方式如圖1～圖4所示，一種帶有旋轉(zhuǎn)釋放器的廢水脫色裝置，包括反應(yīng)器筒體9，反應(yīng)器筒體為圓柱形筒體，反應(yīng)器筒體內(nèi)由下至上依次為旋轉(zhuǎn)釋放區(qū)、紫外區(qū)、超聲區(qū)、吸附區(qū)和出水區(qū)11，出水區(qū)設(shè)置溢流堰12，溢流堰連接出水口13，出水區(qū)上方設(shè)集氣罩14，集氣罩通過氣管連接尾氣吸收裝置15。旋轉(zhuǎn)釋放區(qū)內(nèi)安裝旋轉(zhuǎn)釋放器5，旋轉(zhuǎn)釋放器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括水平設(shè)置的釋放管51以及均勻設(shè)置在釋放管上的釋放噴頭52，釋放管的中點(diǎn)由旋轉(zhuǎn)接口53與氣液混合液進(jìn)液管1相連，氣液混合液進(jìn)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(zhuǎn)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(nèi)角度0～180°可調(diào)，且每個釋放噴頭的角度獨(dú)立調(diào)節(jié)，相鄰釋放噴頭之間的間距為10～30cm。紫外區(qū)安裝紫外燈6，俯視圖如圖3所示，紫外燈6在紫外區(qū)內(nèi)呈陣列分布，燈管豎直設(shè)置，底部固定于一塊水平板上，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(guān)。釋放管與紫外燈固定板之間的間距為3～10cm。超聲區(qū)內(nèi)分隔為若干豎直設(shè)置且相互平行的漸縮漸擴(kuò)通道（本實(shí)施方式中設(shè)置為4個），每個通道內(nèi)側(cè)均勻安裝超聲換能器，同一通道內(nèi)相鄰超聲換能器之間的間距為5～30cm，超聲換能器的頻率范圍在0.1MHz～1MHz，通過市購獲得。如圖1所示中的剖面線部分為實(shí)心或者空心區(qū)域，用于布線及對超聲相關(guān)裝置防水，廢水僅由通道內(nèi)通過。吸附區(qū)內(nèi)填充吸附劑，吸附劑為改性炭黑，改性炭黑裝填于一個聚四氟乙烯網(wǎng)罩中，網(wǎng)罩以牛角的方式固定于改性炭黑區(qū)，可以隨意拆卸。具體運(yùn)行方式如下所述：進(jìn)水水質(zhì)情況COD200mg/L，色度350倍，流量500L/h，通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧以10g/h的流量（4.6LO3+5.4L空氣/h，總共10L/h）經(jīng)氣管與廢水在兩相泵3混合【10gO3/h=4.6LO3/h，氣液比（質(zhì)量體積比）=10g:500L=2%】，混合液中臭氧理論含量為20mg/L，然后通過進(jìn)水管輸送至旋轉(zhuǎn)釋放器5，臭氧投加量和混合液流量根據(jù)水質(zhì)情況調(diào)整，釋放噴頭與旋轉(zhuǎn)平面的夾角設(shè)置為15°，廢水和臭氧納米氣泡通過釋放噴頭釋放出來，在反沖力的作用下，旋轉(zhuǎn)釋放器自動旋轉(zhuǎn)起來，其產(chǎn)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(jìn)入紫外區(qū)，紫外區(qū)安裝有5根紫外燈6，在紫外光照射下，有機(jī)物分子被紫外輻射激活,使反應(yīng)的活化能降低，臭氧被紫外光激發(fā)產(chǎn)生羥基自由基，進(jìn)攻被活化的有機(jī)物，加強(qiáng)了氧化效率。隨著水流的上升，廢水進(jìn)如超聲區(qū)，在0.1MHz超聲波作用下，臭氧在超聲作用下分解并釋放出氧自由基發(fā)生氧化作用。同時，超聲空化作用產(chǎn)生很高的熱量，促使水分子產(chǎn)生羥基自由基發(fā)生氧化作用，強(qiáng)化有機(jī)物降解。最后，廢水流入改性炭黑反應(yīng)區(qū)，改性炭黑催化劑填充率為反應(yīng)區(qū)體積的2/3，臭氧在催化填料作用下進(jìn)一步氧化廢水中的有機(jī)物。最終，廢水通過反應(yīng)器頂部的溢流堰流出，從出水口排放，反應(yīng)器內(nèi)的廢氣由集氣罩收集，通過氣管進(jìn)入尾氣吸收裝置處理。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示：表1反應(yīng)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(shí)施例2改變進(jìn)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(jìn)水COD濃度為500mg/L，色度為800倍，實(shí)驗(yàn)效果如表2所示：表2反應(yīng)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(fā)明專利的具體實(shí)施案例，但本發(fā)明專利的技術(shù)特征并不局限于此，任何相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍之中。當(dāng)前第1頁1 2 3