申請(qǐng)日2013.10.22

　　公開(公告)日2015.04.29

　　IPC分類號(hào)C02F9/08

　　摘要

　　一種難降解廢水的處理裝置及其廢水處理方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于：包括依次串聯(lián)的pH調(diào)節(jié)池(1)、超聲波反應(yīng)器(3)、催化反應(yīng)池(4)和沉降池(5)，超聲波反應(yīng)器(3)為單頻對(duì)射管式超聲波反應(yīng)器，超聲波反應(yīng)器(3)的內(nèi)壁為波紋狀。利用該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)難降解廢水的超聲波協(xié)同F(xiàn)enton氧化，超聲波處理前先投加Fenton試劑，然后進(jìn)入超聲波反應(yīng)器(3)進(jìn)行協(xié)同氧化反應(yīng)。單頻對(duì)射管式超聲波反應(yīng)器(3)，波紋狀的內(nèi)壁設(shè)計(jì)使超聲波多次反射聚焦，實(shí)現(xiàn)能量的多重疊加。本發(fā)明的裝置和方法超聲波反應(yīng)時(shí)間短，能耗低，提高了反應(yīng)效率，減少了藥劑用量，超聲波能耗低，便于工業(yè)實(shí)施。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種難降解廢水的處理裝置，其特征在于：包括依次串聯(lián)的pH調(diào)節(jié)池(1)、超聲波反應(yīng)器(3)、催化反應(yīng)池(4)和沉降池(5)，其中pH調(diào)節(jié)池(1)開有酸入口(10)，pH調(diào)節(jié)池(1)和超聲波反應(yīng)器(3)之間串有第一管道混合器(2)，第一管道混合器(2)上有氧化劑和催化劑入口(11);催化反應(yīng)池(4)和沉降池(5)之間串有第二管道混合器(14)，第二管道混合器(14)上設(shè)有堿入口(12);超聲波反應(yīng)器(3)為單頻對(duì)射管式超聲波反應(yīng)器，超聲波反應(yīng)器(3)的內(nèi)壁為波紋狀。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難降解廢水的處理裝置，其特征在于：所述的單頻對(duì)射管式超聲波反應(yīng)器整體呈管狀，兩端各裝有一超聲波換能器(8)且兩超聲波換能器(8)連接同一超聲波發(fā)生器(7)，超聲波換能器(8)上均設(shè)有伸入超聲波反應(yīng)器(3)內(nèi)的管形超聲波分布器。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難降解廢水的處理裝置，其特征在于：所述的pH調(diào)節(jié)池(1)裝有壓縮空氣攪拌設(shè)備。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難降解廢水的處理裝置，其特征在于：所述的催化反應(yīng)池(4)裝有壓縮空氣攪拌設(shè)備。

　　5.一種權(quán)利要求1~4所述的難降解廢水的處理裝置的廢水處理方法，其特征在于，具體處理步驟為：

　　1)難降解廢水首先進(jìn)入pH調(diào)節(jié)池(1)，加入無機(jī)酸調(diào)節(jié)pH值至2.5~5.5，再經(jīng)第一管道混合器(2)投加氧化劑和催化劑，氧化劑投加濃度為1~7mL/L，氧化劑與催化劑的摩爾比為10:1~3:1;

　　2)廢水和藥劑經(jīng)第一管道混合器(2)混合后進(jìn)入單頻對(duì)射管式超聲波反應(yīng)器(3)，超聲波分布器發(fā)出的超聲波頻率為15~35KHz，超聲波作用強(qiáng)度為0.1~1.0W/cm2，廢水和藥劑經(jīng)超聲波交互作用時(shí)間為10S~180S;

　　3)超聲波反應(yīng)器(3)出水自流進(jìn)入催化反應(yīng)池(4)，利用壓縮空氣進(jìn)行曝氣攪拌，使剩余氧化劑與廢水中有機(jī)污染物進(jìn)一步反應(yīng)，提高COD的去除效果，催化反應(yīng)時(shí)間為5~60min;

　　4)催化反應(yīng)池(4)出水經(jīng)第二管道混合器(14)加堿混合后調(diào)節(jié)至中性進(jìn)入沉降池(5)，經(jīng)固液分離后出水達(dá)標(biāo)排放。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難降解廢水的處理裝置的廢水處理方法，其特征在于：所述的步驟2)中超聲波反應(yīng)器(3)中的超聲波分布器發(fā)出的超聲波頻率為20~30 KHz，超聲波作用時(shí)間為20S~60S。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難降解廢水的處理裝置廢水處理方法，其特征在于：所述的步驟3)中催化反應(yīng)池(4)中催化反應(yīng)時(shí)間為15~35min。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種難降解廢水的處理裝置廢水處理方法，其特征在于：所述的步驟4)加堿后廢水調(diào)節(jié)pH至7.0~7.5。

　　說明書

　　一種難降解廢水的處理裝置及其廢水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　一種難降解廢水的處理裝置及其廢水處理方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用超聲波技術(shù)、高級(jí)氧化技術(shù)的物化方法處理化工廢水的裝置及使用該裝置的處理方法。

　　背景技術(shù)

　　工業(yè)廢水例如造紙廢水、醫(yī)藥廢水等化工廢水含有大量的難降解有機(jī)污染物，采用常規(guī)的生物處理技術(shù)難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。通常再采用各種高級(jí)氧化技術(shù)處理生化出水，使之達(dá)到理想的排放標(biāo)準(zhǔn)。其中Fenton試劑能有效氧化去除傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)無法去除的難降解有機(jī)物，它不僅能夠氧化打破共軛體系結(jié)構(gòu)，還可以使有機(jī)分子進(jìn)一步礦化成CO2和水等小分子。但Fenton法處理廢水存在反應(yīng)時(shí)間長、試劑用量大、H2O2利用率有待提高、處理后產(chǎn)生渣量大等問題，使其應(yīng)用受到了限制。但是目前超聲波協(xié)同氧化技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，沒有高效的超聲波反應(yīng)器，大多采用成型的探頭式超聲波儀器進(jìn)行燒杯試驗(yàn)，超聲波作用時(shí)間長，大于10min，能耗高，無法在工業(yè)上應(yīng)用。

　　專利KR100719455提供了一種有輻射的廢液中難降解有機(jī)化合物的處理方法，采用Fenton試劑在高頻超聲波和短波長的紫外線作用下處理類似螯合劑的難降解有機(jī)化合物，目的是使難降解有機(jī)化合物分解并縮短處理時(shí)間。該法除了采用Fenton試劑和超聲波以外，還使用短波長的紫外光，采用高頻超聲波，頻率為130~300kHz，水溫要加熱到40~50℃，能耗較高。

　　專利CN101786756A提供了一種生化難降解有機(jī)廢水的處理方法，該法主要利用紫外光、電化學(xué)、超聲波和Fenton氧化處理生化難降解廢水，經(jīng)處理后廢水COD去除率可達(dá)到90%以上。但是該法采用了多級(jí)廢水深度氧化處理工藝，處理工藝復(fù)雜，能耗較高。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種難降解廢水的處理裝置及其廢水處理方法，利用該裝置超聲波協(xié)同F(xiàn)enton氧化用于處理難降解廢水，處理能耗低，效率高，藥劑用量少，處理后可以達(dá)到理想的排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該難降解廢水的處理裝置，其特征在于：包括依次串聯(lián)的pH調(diào)節(jié)池、超聲波反應(yīng)器、催化反應(yīng)池和沉降池，其中pH調(diào)節(jié)池開有酸入口，pH調(diào)節(jié)池和超聲波反應(yīng)器之間串有第一管道混合器，第一管道混合器上有氧化劑和催化劑入口;催化反應(yīng)池和沉降池之間串有第二管道混合器，第二管道混合器上設(shè)有堿入口;超聲波反應(yīng)器為單頻對(duì)射管式超聲波反應(yīng)器，超聲波反應(yīng)器的內(nèi)壁為波紋狀。

　　所述的單頻對(duì)射管式超聲波反應(yīng)器整體呈管狀，兩端各裝有一超聲波換能器且兩超聲波換能器連接同一超聲波發(fā)生器，超聲波換能器上均設(shè)有伸入超聲波反應(yīng)器內(nèi)的管形超聲波分布器。

　　所述的pH調(diào)節(jié)池裝有壓縮空氣攪拌設(shè)備。

　　所述的催化反應(yīng)池裝有壓縮空氣攪拌設(shè)備。

　　本發(fā)明的難降解廢水的處理裝置內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)超聲波協(xié)同F(xiàn)enton氧化，能現(xiàn)明顯的協(xié)同效應(yīng)，既能大幅提高COD去除率，又能降低藥劑用量和能耗，處理后可以達(dá)到理想的排放標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的難降解廢水處理方法，超聲波處理前先投加Fenton試劑，然后進(jìn)入超聲波反應(yīng)器進(jìn)行協(xié)同氧化反應(yīng)。超聲波反應(yīng)器為單頻對(duì)射管式，內(nèi)壁設(shè)計(jì)為波紋狀，可以使超聲波多次反射聚焦，實(shí)現(xiàn)能量的多重疊加，以較小的電功率，瞬間可以產(chǎn)生較大的超聲波能量，超聲波處理效率明顯提高，超聲波能耗顯著降低，使工業(yè)應(yīng)用成為可能。污水經(jīng)超聲波反應(yīng)后再進(jìn)入催化反應(yīng)池，進(jìn)一步發(fā)揮剩余氧化劑的作用，使更多的有機(jī)污染物得到氧化分解。催化反應(yīng)后加堿回調(diào)pH為中性，然后再進(jìn)行固液分離，上清液可達(dá)標(biāo)排放。

　　一種上述難降解廢水的處理裝置的廢水處理方法，其特征在于，具體處理步驟為：

　　1)難降解廢水首先進(jìn)入pH調(diào)節(jié)池，加入無機(jī)酸調(diào)節(jié)pH值至2.5~5.5，再經(jīng)第一管道混合器投加氧化劑和催化劑，氧化劑投加濃度為1~7mL/L，氧化劑與催化劑的摩爾比為10:1~3:1;

　　2)廢水和藥劑經(jīng)第一管道混合器混合后進(jìn)入單頻對(duì)射管式超聲波反應(yīng)器，超聲波分布器發(fā)出的超聲波頻率為15~35KHz，超聲波作用強(qiáng)度為0.1~1.0W/cm2，廢水和藥劑經(jīng)超聲波交互作用時(shí)間為10S~180S;

　　3)超聲波反應(yīng)器出水自流進(jìn)入催化反應(yīng)池，利用壓縮空氣進(jìn)行曝氣攪拌，使剩余氧化劑與廢水中有機(jī)污染物進(jìn)一步反應(yīng)，提高COD的去除效果，催化反應(yīng)時(shí)間為5~60min;

　　4)催化反應(yīng)池出水經(jīng)第二管道混合器加堿混合后調(diào)節(jié)至中性進(jìn)入沉降池，經(jīng)固液分離后出水達(dá)標(biāo)排放。

　　所述的步驟2)中超聲波反應(yīng)器中的超聲波分布器發(fā)出的超聲波頻率為20~30 KHz，超聲波作用時(shí)間為20S~60S。此超聲波頻率下與有極大分子的固有頻率頻率更接近，更容易摧毀大分子、難降解物質(zhì)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

　　所述的步驟3)中催化反應(yīng)池中催化反應(yīng)時(shí)間為15~35min。此催化時(shí)間下催化下過較好，效率最高，時(shí)間過短催化效果不夠充分，時(shí)間過長，催化效果沒有非常明顯提高，浪費(fèi)時(shí)間降低效率。

　　所述的步驟4)加堿后廢水調(diào)節(jié)pH至7.0~7.5.

　　所述的氧化劑為雙氧水。所述的催化劑為Fe3+、Mn2+均相催化劑或鐵粉、石墨、鐵、錳的氧化礦物非均相催化劑。

　　本發(fā)明的超聲波反應(yīng)器，超聲波自兩端單頻對(duì)射，經(jīng)波紋狀內(nèi)壁反射，使超聲波多次聚焦、反射，極大提高了能量利用率和超聲波作用強(qiáng)度，在超聲波的空化作用下，廢水中大分子、難降解物質(zhì)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)被摧毀，使所投加的氧化劑更易將有機(jī)污染物氧化分解。超聲波與氧化劑的協(xié)同作用，大大提高了氧化反應(yīng)效率，縮短了反應(yīng)時(shí)間。超聲波可以加速化學(xué)反應(yīng)，提高化學(xué)反應(yīng)效率，特別是超聲波與其它降解技術(shù)聯(lián)合使用，不僅可以發(fā)揮超聲波本身的降解能力，而且超聲波的機(jī)械效應(yīng)可以強(qiáng)化其它降解技術(shù)的降解效果，超聲波協(xié)同F(xiàn)enton氧化處理難降解廢水，可以加速化學(xué)氧化進(jìn)程，提高化學(xué)氧化效率，縮短反應(yīng)時(shí)間和藥劑投加量。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的所具有的有益效果是：本發(fā)明采用獨(dú)特設(shè)計(jì)的超聲波反應(yīng)器，與Fenton試劑協(xié)同作用，可連續(xù)處理難降解廢水，與單獨(dú)Fenton氧化處理相比，COD去除率由50%提高到80%以上，總反應(yīng)時(shí)間減少80%以上，藥劑用量減少50%以上，反應(yīng)產(chǎn)生的渣量減少50%以上。超聲波反應(yīng)時(shí)間短，能耗低，與現(xiàn)有技術(shù)相比，超聲波能耗大大降低，本發(fā)明處理1m3廢水，超聲波能耗僅為1KW·h左右。本發(fā)明的廢水處理方法，提高了反應(yīng)效率，減少了藥劑用量，超聲波能耗低，便于工業(yè)實(shí)施。