本實(shí)用新型屬于廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種臭氧高級(jí)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(jiǎn)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(shí)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(shí)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，本實(shí)用新型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(dòng)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(shí)，反作用力給釋放管提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)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(gè)漸縮漸闊通道內(nèi)相鄰兩個(gè)超聲換能器之間的間距為5～30cm；進(jìn)一步優(yōu)選為10～30cm。本實(shí)用新型中相關(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(gè)漸縮漸闊通道內(nèi)相鄰兩個(gè)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。本實(shí)用新型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(gè)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。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(shí)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(duì)脫色效率有顯著提高。本實(shí)用新型采用氣液混合泵將臭氧與廢水充分混合，通過一個(gè)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(huì)發(fā)生自動(dòng)的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的水力擾動(dòng)又會(huì)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(shí)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。本實(shí)用新型的有益效果是：(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(duì)氣泡在水相中的運(yùn)動(dòng)路線更長，提高了臭氧在水中的停留時(shí)間。(2)擾動(dòng)的水流和臭氧納米氣泡還能對(duì)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(gè)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為本實(shí)用新型的裝置圖。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(gè)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(gè))，每個(gè)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(duì)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(gè)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(dòng)旋轉(zhuǎn)起來，其產(chǎn)生的水力擾動(dòng)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(shí)，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(shí)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(shí)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％以上所述僅為本實(shí)用新型專利的具體實(shí)施案例，但本實(shí)用新型專利的技術(shù)特征并不局限于此，任何相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實(shí)用新型的專利范圍之中。當(dāng)前第1頁1 2 3