一種深度氧化水處理方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]采用高溶臭氧量溶氣技術(shù)和微氣泡曝氣技術(shù)，結(jié)合使用臭氧、紫外光催化和光敏化學(xué)催化劑形成一種深度氧化水處理方法及裝置，不僅利用溶氧和臭氧，更主要利用化學(xué)反應(yīng)激發(fā)的大量羥基自由基參與氧化形成所謂鏈式反應(yīng)，是一種氧化能力更高，氧化速度更快的深度氧化技術(shù)。該發(fā)明不僅適合普通飲用水的消毒，更適用于氧化降解水中難生物降解的高濃度高毒性的有機污染物。既可以作為獨立的污水處理方法及裝置使用，也可以作為降低污水濃度和毒性的預(yù)先處理方法與現(xiàn)有生物降解的水處理方法和設(shè)備配套使用。屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]臭氧是一種強氧化劑，能夠氧化各種有機物。20世紀70年代，人們開始研宄利用臭氧作為飲用水、游泳池水的消毒劑，并取得較好的效果。臭氧不僅可以應(yīng)用到飲用水處理中，也可用于廢水的處理中。臭氧在水和廢水中的作用可以歸納成三類:一是用作消毒劑或殺菌劑；二是用作氧化有機污染物的氧化劑；三是為其他處理單元(包括混凝、絮凝、沉淀、生物氧化、活性炭吸附等)提供溶氧和上浮氣泡。
[0003]高壓溶氣罐溶解臭氧是提高臭氧溶解量的有效方法。中國專利(公開號CN104043356A)、(公開號CN201330188Y)都提出了利用微氣泡提高溶氣罐內(nèi)水體溶氣率的方法；中國專利(公開號CN103736409A)、(公開號CN202415245U)采用分別控制向氣液混合泵輸送氣體量和水流量的辦法在溶氣罐獲得溶氣水，溶氣水再配以適當(dāng)?shù)尼尫牌鲗a(chǎn)生大量均勻的微氣泡。但這些技術(shù)方案中溶氣罐功能單一，只提供和存儲高濃度溶氣水。
[0004]臭氧氧化技術(shù)雖然具有氧化水中有機污染物能力強、分解速度快、無二次污染等優(yōu)點，但單獨使用臭氧，仍存在O3在水中的溶解度低，影響氧化效率的問題，臭氧氧化具有選擇性，不同種類的有機物降解能力和速度存在很大差異。在臭氧氧化過程中加入紫外光和具有光催化效應(yīng)的催化劑是解決這一問題的有效方法之一，屬于深度氧技術(shù)的范疇。深度氧化技術(shù)，又稱高級氧化技術(shù)(Advanced Oxidat1n Process,AOP)是指氧化能力超過所有常見氧化劑或氧化電位接近或達到羥基自由基H0.水平，可與有機污染物進行系列自由基鏈式反應(yīng)，從而破壞其結(jié)構(gòu)，使其逐步降解為無害的低分子量的有機物，最后降解為C02、H2O和其他礦物鹽的技術(shù)，是目前水處理技術(shù)研宄的熱點領(lǐng)域。紫外光催化氧化法屬于深度氧化技術(shù)，它主要以溶于水的臭氧O3、過氧化氫H2O2、氧氣O2和空氣作為氧化劑，在光輻射作用下產(chǎn)生羥基自由基H0.。光催化氧化法是在反應(yīng)溶液中加入一定量的催化劑，使其在紫外光(UV)的照射下產(chǎn)生羥基自由基H0.，通過H0.的強氧化作用對有機污染物進行處理。
[0005]臭氧含量、光照頻率和強度、催化劑成分和質(zhì)量等都會影響氧化反應(yīng)的能力和污水的氧化速度。中國專利(公開號CN202625991U)提出了一種紫外光臭氧催化反應(yīng)裝置，但催化反應(yīng)環(huán)境是在常壓容器中，臭氧飽和溶解度比較小，光催化下的臭氧氧化反應(yīng)(以后稱臭氧化)的臭氧飽和溶解度低仍制約著紫外光催化氧化反應(yīng)的能力和速度。
[0006]根據(jù)所用催化劑的相態(tài)，將臭氧催化分為均相催化臭氧化和多相催化臭氧化。前者主要是液體催化劑，而后者主要是固體催化劑。由于均相催化劑能在溶液中形成均一濃度，因此具有活性高、反應(yīng)速度快等優(yōu)點。但反應(yīng)后催化劑與污水摻混，很難重新分離出來，導(dǎo)致催化劑因流失而造成經(jīng)濟損失，也增加了臭氧催化氧化反應(yīng)的后續(xù)處理的負擔(dān)，增加了臭氧催化氧化工藝的復(fù)雜性，提高了水處理成本。與均相催化劑相比，非均相催化劑以固態(tài)形式存在，容易與水分離，工藝流程簡單，既避免了催化劑的流失，也降低了后續(xù)的處理成本。在近十幾年的研宄中非均相催化劑獲得了更多的青睞。
[0007]常規(guī)技術(shù)的曝氣裝置只能產(chǎn)生毫米級氣泡，氣泡直接上浮。臭氧或其它氣體在水中停留時間很短，所以水中溶臭氧量較低。由于臭氧不能充分溶進水體當(dāng)中，有些污染物在水體中的少量存留很難去除干凈，即使如通常采用的過量曝臭氧的方法，收效也不明顯。痕量化學(xué)污染物難去除也是處理化學(xué)污染的難題之一。往往需要生物降解等后續(xù)處理方法加以補充。
[0008]本發(fā)明在建立一個新的化學(xué)反應(yīng)裝置系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出一種更高效率的深度氧化水中有機污染物的方法，通過在高溶臭氧水環(huán)境的罐體內(nèi)增加光催化功能產(chǎn)生大量羥基自由基，達到增加氧化能力、提高氧化降解速度的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0009]本發(fā)明涉及一種深度氧化的水處理方法和裝置，水處理過程分為三段，并在三種裝置中順序完成，它們分別是臭氧和污水混合裝置、高壓下光化學(xué)催化氧化反應(yīng)裝置和延續(xù)反應(yīng)微氣泡曝氣裝置。
[0010]臭氧和污水混合裝置由氧氣源及配屬的減壓閥、氧氣流量計、氧氣輸送管、臭氧發(fā)生器、氣液混合泵、文丘里液氣混合嘴等組成。
[0011]臭氧和污水混合裝置的工作過程是，文丘里結(jié)構(gòu)的氣液混合嘴同時吸進污水和調(diào)節(jié)了流量的臭氧，氣液混合泵高速葉輪擊碎氣泡形成高溶臭氧量的溶臭氧水，泵的出口端輸出高壓溶(臭氧)氣水。
[0012]臭氧和污水混合裝置中，位于臭氧發(fā)生器和文丘里液氣混合嘴之間的進氣管設(shè)有單向閥，以防污水反向進入臭氧發(fā)生器。
[0013]臭氧和污水混合裝置中，臭氧流量的調(diào)節(jié)以滿足混合泵輸出壓力下的飽和溶氣所需氣量為上限，超出該飽和氣量將導(dǎo)致氣液混合泵輸出壓力下降，甚至流體停止流動。
[0014]高壓下光化學(xué)催化氧化反應(yīng)裝置由高壓溶氣罐及裝在罐外的進水接口，出水接口、壓力表、出口流量調(diào)節(jié)閥、取水樣閥門、溶氣水輸送管、罐頂部自動放氣閥、回流氣管、罐底部的放流閥，裝在罐內(nèi)的紫外燈、光敏催化劑等組成。
[0015]高壓下光化學(xué)催化氧化反應(yīng)裝置的工作過程是:高壓下的污水溶解有高于常壓下飽和溶解量的臭氧，在紫外光和紫外光敏催化劑環(huán)境下臭氧氧化反應(yīng)能產(chǎn)生大量氧化性能更強的羥基自由基，配以其它氧化成分，如臭氧離子、溶氧分子等，獲得更強的氧化能力和更快的氧化速度。
[0016]高壓下光化學(xué)催化氧化反應(yīng)裝置中，催化劑應(yīng)具有大的表面積，以方便照射紫外光和接觸流動的污水，催化劑可以以涂層形式和填料的形式存在，不受具體存在形式和形狀的限制。
[0017]高壓下光化學(xué)催化氧化反應(yīng)裝置中，頂部安裝的自動排氣閥出氣口接一回流氣管，回流氣管通過三通和氧氣輸送管匯流，反應(yīng)裝置內(nèi)少量溢出的氧氣重新加以利用，設(shè)備系統(tǒng)運行實現(xiàn)無氣體泄漏。
[0018]高壓下光化學(xué)催化氧化反應(yīng)裝置中，罐壓的產(chǎn)生和維持通過壓力表、出水調(diào)節(jié)閥和進氣量調(diào)節(jié)閥(氧氣流量計)共同完成，壓力表不僅顯示壓力，也是進氣量調(diào)節(jié)的依據(jù):進氣量為零時的顯示壓力最大，當(dāng)進氣量超量時，顯示壓力會急劇下降，當(dāng)壓力穩(wěn)定在略低于最高壓力的水平時，進氣量為恰當(dāng)。
[0019]延續(xù)反應(yīng)微氣泡曝氣裝置由高壓污水放流管和微氣泡釋放器組成，其中輸送管深入污水原容器底部，輸送管頭部安裝一個或一組微氣泡釋放器。
[0020]延續(xù)反應(yīng)微氣泡曝氣裝置的工作過程是:高壓溶氣水通過微氣泡釋放器向污水水體底部釋放溶氣水，高壓溶氣水中溶解的氣體在釋放器湍流結(jié)構(gòu)作用下溢出并被擊碎成微納米尺寸的氣泡。微氣泡長時間彌散在水體當(dāng)中，氣泡中的氧氣、臭氧繼續(xù)向水體溶解，再加上反應(yīng)裝置中產(chǎn)生并留存的羥基自由基在水體中延續(xù)其氧化反應(yīng)過程。
[0021]延續(xù)反應(yīng)微氣泡曝氣裝置的微氣泡釋放器是激發(fā)湍流繞動和振動，用以擊碎氣泡的噴嘴裝置，本發(fā)明采用振動雙薄片串聯(lián)孔結(jié)構(gòu)釋放器，但不限于使用此釋放器。
[0022]延續(xù)反應(yīng)微氣泡曝氣裝置采用的振動雙薄片串聯(lián)孔結(jié)構(gòu)釋放器由釋放器主體、安裝密封圈、前后同軸排列的相同尺寸薄片孔板、為孔板提供密封和間隔支撐的彈性密封圈和擴散器組成。高壓溶氣水通過垂直孔板后會產(chǎn)生固定高頻率的渦街，溶氣水通過第一孔板時產(chǎn)生的渦街在兩孔板之間高頻震蕩，這種震蕩在兩孔板之間的彈性間隔空間引發(fā)共振并延續(xù)和強化這種共振，高壓下的飽和溶氣在震蕩中析出，又被震蕩擊碎成為微氣泡，微氣泡隨水流通過擴散器進入水體，欠飽和污水水體將繼續(xù)吸收和溶解氣泡中的氧化氣體。
有益效果:
[0023]I)臭氧無浪費。氣體狀態(tài)的臭氧在產(chǎn)生后很容易還原成為氧氣，臭氧產(chǎn)生后直接和污水混合，能最大程度利用臭氧；
[0024]2)提高氧化效率。氣液混合泵高速葉輪的轉(zhuǎn)動既是增壓過程也是混合過程。氣液混合增壓可使液體和氣體的壓強比，動能比和位能比等發(fā)生轉(zhuǎn)換。此時，臭氧形成大量的微氣泡，氣體直徑為0.2-0.3um,因此O3與水的接觸面積驟增，總面積比一般氣泡高10 3-104倍，O3的溶解速度大幅提高，所以出水基本處于高壓飽和溶氣狀態(tài)。在高壓溶氣罐內(nèi)水中溶臭氧量充足，有利于強化氧化反應(yīng)；
[0025]3)增加氧化能力，提高氧化速度。在紫外燈和光敏化學(xué)催化劑的催化作用下，生成大量氧化性能更強的羥基自由基，水中溶解的氧分子、臭氧離子和活性更強的羥基自由基與有機污染物成分在液相中密切接觸，不僅增加了氧化能力，而且提高了氧化速度。
[0026]4)催化劑選擇余地大。依據(jù)污染物類型可適當(dāng)選用廣譜性的催化劑或選擇性的催化劑。通過適當(dāng)組合，不僅能處理普通的含氮磷的富營養(yǎng)污水、化學(xué)染料污水等，還能夠處理農(nóng)藥、激素和電鍍廢水、垃圾滲濾液等公認的難以處理的工業(yè)廢水。
[0027]5)臭氧利用率高、消耗量小。由于氣液兩相同時并連續(xù)吸入氣液混合泵，混合泵不允許吸入過量氣體，氣體超過飽和溶解氣量將導(dǎo)致泵壓降低甚至流量為零；氣液混合泵的這種以飽和溶解氣體量作為限制條件的特性也成就了本發(fā)明臭氧利用率高、耗氣量小的特點。
[0028]6)附帶臭味小。由于不過量使用臭氧，臭氧味道和帶載的污水氣味也相應(yīng)減少；
[0029]7)氧化反應(yīng)持續(xù)、作用范圍大。高壓下飽和溶解的臭氧在釋放器作用下在常壓污水容器中產(chǎn)生微氣泡曝氣，微氣泡呈牛奶狀態(tài)彌漫在水體中，臭氧繼續(xù)向欠飽和水體溶解，臭氧氧化反應(yīng)仍在水體中繼續(xù)進行。
[0030]8)無二次污染物。深度氧化水處理方法只引入氧氣一種物質(zhì)。只會反應(yīng)生成氧化氣體、氧化物沉淀和水，不會產(chǎn)生二次污染。
[0031]9)體積效率高。設(shè)備系統(tǒng)簡單，功能集中。所以