公布日：2022.01.14
申請(qǐng)日：2021.11.11
分類(lèi)號(hào)：C02F1/78(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提供了一種微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，包括：臭氧發(fā)生器和反應(yīng)塔；所述反應(yīng)塔中部設(shè)置有分隔板；所述分隔板上方為第一處理區(qū)，下方為第二處理區(qū)；所述第一處理區(qū)側(cè)壁連接有廢水管路；所述第一處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有第一微界面機(jī)組，所述第二處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有第二微界面機(jī)組；所述臭氧發(fā)生器的入口連接有氧氣管路，出口分別與所述第一微界面機(jī)組和所述第二微界面機(jī)組相連；所述第一處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有溢流管，所述溢流管穿透所述分隔板連通所述第一處理區(qū)和所述第二處理區(qū)。本發(fā)明的微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠有效提高對(duì)廢水的凈化處理效果，且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)臭氧的高效利用，從而降低了廢水處理成本。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，其特征在于，包括：臭氧發(fā)生器和反應(yīng)塔；所述反應(yīng)塔中部設(shè)置有分隔板；所述分隔板上方為第一處理區(qū)，下方為第二處理區(qū)；所述第一處理區(qū)側(cè)壁連接有廢水管路；所述第一處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有第一微界面機(jī)組，所述第二處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有第二微界面機(jī)組；所述臭氧發(fā)生器的入口連接有氧氣管路，出口分別與所述第一微界面機(jī)組和所述第二微界面機(jī)組相連；所述第一處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有溢流管，所述溢流管穿透所述分隔板連通所述第一處理區(qū)和所述第二處理區(qū)；所述第一處理區(qū)處理后的廢水通過(guò)所述溢流管進(jìn)入所述第二處理區(qū)中；所述第二處理區(qū)的上部設(shè)置有氣體出口，所述氣體出口與所述第一微界面機(jī)組相連以將所述第二處理區(qū)頂部的臭氧輸送到第一處理區(qū)中；所述氣體出口高于所述第二處理區(qū)內(nèi)的液面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，其特征在于，所述第一微界面機(jī)組包括第一微界面發(fā)生器和第二微界面發(fā)生器，所述第一微界面發(fā)生器位于所述第二微界面發(fā)生器的上方且所述第一微界面發(fā)生器與所述第二微界面發(fā)生器位于同一直線，所述第一微界面發(fā)生器與所述第二微界面發(fā)生器之間設(shè)置有第一導(dǎo)流管，所述第一微界面發(fā)生器的出口通過(guò)所述第一導(dǎo)流管與所述第二微界面發(fā)生器相連；所述氣體出口與所述第一微界面發(fā)生器相連，所述臭氧發(fā)生器與所述第二微界面發(fā)生器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，其特征在于，所述第二微界面機(jī)組包括第三微界面發(fā)生器、第四微界面發(fā)生器和第二導(dǎo)流管，所述第三微界面發(fā)生器位于所述第四微界面發(fā)生器的上方且所述第三微界面發(fā)生器與所述第四微界面發(fā)生器位于同一直線，所述第三微界面發(fā)生器的出口通過(guò)所述第二導(dǎo)流管與所述第四微界面發(fā)生器相連；所述第三微界面發(fā)生器與所述臭氧發(fā)生器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，其特征在于，所述溢流管頂部進(jìn)口高于所述第一微界面機(jī)組且位于所述第一處理區(qū)內(nèi)的液面下方，底部出口低于所述第二微界面機(jī)組。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，其特征在于，所述廢水管路沿豎直方向設(shè)置在所述第一微界面發(fā)生器與所述第二微界面發(fā)生器之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，其特征在于，所述第一處理區(qū)側(cè)部設(shè)置有第一循環(huán)管路，所述第一循環(huán)管路的入口與所述第一處理區(qū)底部相連，出口與所述第一微界面發(fā)生器相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，其特征在于，所述第二處理區(qū)一側(cè)設(shè)置有第二循環(huán)管路；所述第二循環(huán)管路入口與所述第二處理區(qū)底部相連；出口與所述第三微界面發(fā)生器相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，其特征在于，所述第二處理區(qū)側(cè)壁設(shè)置有液體出口，所述液體出口沿豎直方向位于所述第二微界面機(jī)組與所述第二處理區(qū)內(nèi)的液面之間。
9.一種微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理方法，其特征在于，應(yīng)用權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的處理裝置對(duì)廢水進(jìn)行處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的處理方法，其特征在于，包括：氧氣轉(zhuǎn)化成臭氧后，經(jīng)微界面破碎成微米級(jí)別的微氣泡，臭氧微氣泡與廢水接觸對(duì)廢水進(jìn)行凈化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，該處理裝置整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)設(shè)置兩個(gè)處理區(qū)對(duì)廢水進(jìn)行處理，提高了對(duì)廢水的氧化處理效果；通過(guò)在第二處理區(qū)側(cè)壁設(shè)置氣體出口，第二處理區(qū)未反應(yīng)的臭氧進(jìn)入第一處理區(qū)中繼續(xù)參與對(duì)廢水的處理，提高了臭氧的利用率，減少了臭氧的浪費(fèi)，節(jié)約了成本。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理方法，該方法操作簡(jiǎn)單，能夠有效提高對(duì)廢水的凈化處理效果，且對(duì)臭氧的利用率能達(dá)到95％以上，從而節(jié)約了廢水處理成本。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，包括：臭氧發(fā)生器和反應(yīng)塔；所述反應(yīng)塔中部設(shè)置有分隔板；所述分隔板上方為第一處理區(qū)，下方為第二處理區(qū)；
所述第一處理區(qū)側(cè)壁連接有廢水管路；所述第一處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有第一微界面機(jī)組，所述第二處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有第二微界面機(jī)組，
所述臭氧發(fā)生器的入口連接有氧氣管路，出口分別與所述第一微界面機(jī)組和所述第二微界面機(jī)組相連；
所述第一處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有溢流管，所述溢流管穿透所述分隔板連通所述第一處理區(qū)和所述第二處理區(qū)；所述第一處理區(qū)處理后的廢水通過(guò)所述溢流管進(jìn)入所述第二處理區(qū)中；
所述第二處理區(qū)的上部設(shè)置有氣體出口，所述氣體出口與所述第一微界面機(jī)組相連以將所述第二處理區(qū)頂部的臭氧輸送到第一處理區(qū)中；所述氣體出口高于所述第二處理區(qū)內(nèi)的液面。
現(xiàn)有技術(shù)中，臭氧進(jìn)入反應(yīng)塔后，由于其本身為氣態(tài)且在水中溶解度較低，氣液接觸的吸收效率低，一般只有40％左右的臭氧參與了廢水的氧化處理過(guò)程，大量臭氧直接從反應(yīng)塔塔頂排出，臭氧利用率低，嚴(yán)重影響了廢水的處理效果，同時(shí)，偏低的臭氧利用率加劇了臭氧氧化技術(shù)的成本劣勢(shì)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置，該裝置通過(guò)設(shè)置第一處理區(qū)和第二處理區(qū)，能夠?qū)U水進(jìn)行兩次臭氧處理，從而有效提高了對(duì)廢水的處理效果；通過(guò)設(shè)置溢流管，將第一處理區(qū)和第二處理區(qū)連通，能夠使兩個(gè)處理區(qū)內(nèi)的液面保持平衡，同時(shí)第一處理區(qū)處理后的廢水通過(guò)溢流管進(jìn)入第二處理區(qū)中；通過(guò)在第一處理區(qū)和第二處理區(qū)內(nèi)分別設(shè)置第一微界面機(jī)組和第二微界面機(jī)組，利用微界面機(jī)組將臭氧分散破碎成為微米級(jí)別的微氣泡，提高了臭氧在廢水中的溶解度，同時(shí)提高了臭氧與廢水間的氣液接觸面積，從而提高了臭氧的利用率，降低了廢水處理成本。
優(yōu)選的，所述第一微界面機(jī)組包括第一微界面發(fā)生器和第二微界面發(fā)生器，所述第一微界面發(fā)生器位于所述第二微界面發(fā)生器的上方且所述第一微界面發(fā)生器與所述第二微界面發(fā)生器位于同一直線，所述第一微界面發(fā)生器與所述第二微界面發(fā)生器之間設(shè)置有第一導(dǎo)流管，所述第一微界面發(fā)生器的出口通過(guò)所述第一導(dǎo)流管與所述第二微界面發(fā)生器相連；所述氣體出口與所述第一微界面發(fā)生器相連，所述臭氧發(fā)生器與所述第二微界面發(fā)生器相連。通過(guò)設(shè)置第一微界面發(fā)生器和第二微界面發(fā)生器，并利用第一導(dǎo)流管將其進(jìn)行連接，能夠?qū)⒊粞踹M(jìn)行兩次分散破碎，提高對(duì)臭氧的分散破碎效果，從而提高臭氧與廢水的氣液接觸面積。
優(yōu)選的，所述第二微界面機(jī)組包括第三微界面發(fā)生器、第四微界面發(fā)生器和第二導(dǎo)流管，所述第三微界面發(fā)生器位于所述第四微界面發(fā)生器的上方且所述第三微界面發(fā)生器與所述第四微界面發(fā)生器位于同一直線，所述第三微界面發(fā)生器的出口通過(guò)所述第二導(dǎo)流管與所述第四微界面發(fā)生器相連；所述第三微界面發(fā)生器與所述臭氧發(fā)生器相連。通過(guò)設(shè)置第三微界面發(fā)生器和第四微界面發(fā)生器，并利用第二導(dǎo)流管將其進(jìn)行連接，能夠?qū)⒊粞踹M(jìn)行兩次分散破碎，提高對(duì)臭氧的分散破碎效果，從而提高臭氧與廢水的氣液接觸面積。
優(yōu)選的，所述溢流管頂部進(jìn)口高于所述第一微界面機(jī)組且位于所述第一處理區(qū)內(nèi)的液面下方，底部出口低于所述第二微界面機(jī)組。處理前的廢水中含有較多的有機(jī)物，相比于處理后的廢水密度高，因此，處理后的廢水會(huì)上浮到頂部，頂部的廢水通過(guò)溢流管進(jìn)口溢流到第二處理區(qū)中。
優(yōu)選的，所述廢水管路沿豎直方向設(shè)置在所述第一微界面發(fā)生器與所述第二微界面發(fā)生器之間。
優(yōu)選的，所述第一處理區(qū)側(cè)部設(shè)置有第一循環(huán)管路，所述第一循環(huán)管路的入口與所述第一處理區(qū)底部相連，出口與所述第一微界面發(fā)生器相連。
優(yōu)選的，所述第二處理區(qū)一側(cè)設(shè)置有第二循環(huán)管路；所述第二循環(huán)管路入口與所述第二處理區(qū)底部相連；出口與所述第三微界面發(fā)生器相連。
優(yōu)選的，從所述臭氧發(fā)生器進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)的臭氧量大于從所述臭氧發(fā)生器進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)的臭氧量。進(jìn)一步的，從所述臭氧發(fā)生器進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)的臭氧量與從所述臭氧發(fā)生器進(jìn)入第一反應(yīng)區(qū)的臭氧量的比例為1:9。
優(yōu)選的，所述第二處理區(qū)側(cè)壁設(shè)置有液體出口，所述液體出口沿豎直方向位于所述第二微界面機(jī)組與所述第二處理區(qū)內(nèi)的液面之間。
優(yōu)選的，所述第一處理區(qū)頂部連接有尾氣管路。臭氧與廢水反應(yīng)后生成的氧氣以及氧化過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳從尾氣管路排出。
在本發(fā)明中，廢水經(jīng)廢水管路進(jìn)入第一處理區(qū)中，同時(shí)，臭氧發(fā)生器輸送的臭氧進(jìn)入第一微界面機(jī)組中，經(jīng)微界面破碎成為微米級(jí)別的微氣泡，與廢水混合為氣液乳化物，臭氧微氣泡與廢水接觸，對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行氧化處理；經(jīng)第一處理區(qū)處理后的廢水通過(guò)溢流管流到第二處理區(qū)中；
與此同時(shí)，臭氧發(fā)生器輸送的臭氧在第二微界面機(jī)組中分散破碎為微氣泡后，繼續(xù)對(duì)廢水進(jìn)行二次處理，處理后的廢水經(jīng)液體出口流出，第二處理區(qū)中未參與反應(yīng)的臭氧經(jīng)氣體出口進(jìn)入第一處理區(qū)中參與對(duì)廢水的處理。這樣既提高了對(duì)廢水的處理效果，又提高了對(duì)臭氧的利用效率，反應(yīng)體系中對(duì)臭氧的利用效率可提高到95％。
實(shí)際上，第一處理區(qū)中主要進(jìn)行的是對(duì)廢水的預(yù)處理，也因此其中通入的臭氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于第二反應(yīng)區(qū)中通入的臭氧，這樣使第一處理區(qū)中廢水保持過(guò)量，能夠提高對(duì)臭氧的利用效率，同時(shí)對(duì)廢水進(jìn)行一次氧化處理；第二處理區(qū)是主反應(yīng)區(qū)，其中通入的臭氧過(guò)量，在第二微界面機(jī)組的分散破碎下分散成為微米級(jí)別的微氣泡，提高了兩者的氣液接觸面積，從而保證了對(duì)廢水的處理效果，未參與反應(yīng)的臭氧從第二處理區(qū)上部的氣體出口進(jìn)入到第一處理區(qū)中，參與對(duì)廢水的預(yù)處理，從而提高了臭氧的利用效率。
本發(fā)明中，一方面通過(guò)第一微界面機(jī)組和第二微界面機(jī)組將臭氧分散破碎成為微米級(jí)別的微氣泡，提高了臭氧在廢水中的停留時(shí)間，減緩了臭氧的上升速度，從而延長(zhǎng)了臭氧與廢水的反應(yīng)區(qū)間，提高了臭氧利用率及廢水處理效果，減少了臭氧的浪費(fèi)；另一方面，產(chǎn)生的臭氧微氣泡在廢水中破碎時(shí)，破碎產(chǎn)生的能量能夠?qū)U水中的水分子分解為一個(gè)活性氧和一個(gè)活性氫氧基，同時(shí)臭氧本身在廢水中分解為氧氣和一個(gè)活性氧，這些均對(duì)廢水中的污染物有氧化效果�？梢�(jiàn)，本發(fā)明不僅通過(guò)采用微界面機(jī)組提高了臭氧與廢水間的氣液接觸面積，還利用產(chǎn)生的臭氧微氣泡破碎時(shí)的破碎能提高了對(duì)廢水的氧化處理效果，正是通過(guò)這種方式，提高了本發(fā)明對(duì)廢水的處理效率。其中，臭氧與水的化學(xué)反應(yīng)式如下：
O3→O2+O•
H2O→HO•+O•
本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明所采用的微界面發(fā)生器在本發(fā)明人在先專(zhuān)利中已有體現(xiàn)，如申請(qǐng)?zhí)朇N201610641119.6、CN201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的專(zhuān)利。在先專(zhuān)利CN201610641119.6中詳細(xì)介紹了微米氣泡發(fā)生器(即微界面發(fā)生器)的具體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作原理，該申請(qǐng)文件中記載了“微米氣泡發(fā)生器包括本體和二次破碎件、本體內(nèi)具有空腔，本體上設(shè)有與空腔連通的進(jìn)口，空腔的相對(duì)的第一端和第二端均敞開(kāi)，其中空腔的橫截面積從空腔的中部向空腔的第一端和第二端減小；二次破碎件設(shè)在空腔的第一端和第二端中的至少一個(gè)處，二次破碎件的一部分設(shè)在空腔內(nèi)，二次破碎件與空腔兩端敞開(kāi)的通孔之間形成一個(gè)環(huán)形通道。微米氣泡發(fā)生器還包括進(jìn)氣管和進(jìn)液管。”從該申請(qǐng)文件中公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)可以知曉其具體工作原理為：液體通過(guò)進(jìn)液管切向進(jìn)入微米氣泡發(fā)生器內(nèi)，超高速旋轉(zhuǎn)并切割氣體，使氣體氣泡破碎成微米級(jí)別的微氣泡，從而提高液相與氣相之間的傳質(zhì)面積，而且該專(zhuān)利中的微米氣泡發(fā)生器屬于氣動(dòng)式微界面發(fā)生器。
另外，在先專(zhuān)利201610641251.7中有記載一次氣泡破碎器具有循環(huán)液進(jìn)口、循環(huán)氣進(jìn)口和氣液混合物出口，二次氣泡破碎器則是將進(jìn)料口與氣液混合物出口連通，說(shuō)明氣泡破碎器都是需要?dú)庖夯旌线M(jìn)入，另外從后面的附圖中可知，一次氣泡破碎器主要是利用循環(huán)液作為動(dòng)力，所以其實(shí)一次氣泡破碎器屬于液動(dòng)式微界面發(fā)生器，二次氣泡破碎器是將氣液混合物同時(shí)通入到橢圓形的旋轉(zhuǎn)球中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)氣泡破碎，所以二次氣泡破碎器實(shí)際上是屬于氣液聯(lián)動(dòng)式微界面發(fā)生器。其實(shí)，無(wú)論是液動(dòng)式微界面發(fā)生器，還是氣液聯(lián)動(dòng)式微界面發(fā)生器，都屬于微界面發(fā)生器的一種具體形式，然而本發(fā)明所采用的微界面發(fā)生器并不局限于上述幾種形式，在先專(zhuān)利中所記載的氣泡破碎器的具體結(jié)構(gòu)只是本發(fā)明微界面發(fā)生器可采用的其中一種形式而已。
此外，在先專(zhuān)利201710766435.0中記載到“氣泡破碎器的原理就是高速射流以達(dá)到氣體相互碰撞”，并且也闡述了其可以用于微界面強(qiáng)化反應(yīng)器，驗(yàn)證本身氣泡破碎器與微界面發(fā)生器之間的關(guān)聯(lián)性；而且在先專(zhuān)利CN106187660中對(duì)于氣泡破碎器的具體結(jié)構(gòu)也有相關(guān)的記載，具體見(jiàn)說(shuō)明書(shū)中第一段，以及附圖部分，其對(duì)氣泡破碎器S~2的具體工作原理有詳細(xì)的闡述，氣泡破碎器頂部是液相進(jìn)口，側(cè)面是氣相進(jìn)口，通過(guò)從頂部進(jìn)來(lái)的液相提供卷吸動(dòng)力，從而達(dá)到粉碎成超細(xì)氣泡的效果，附圖中也可見(jiàn)氣泡破碎器呈錐形的結(jié)構(gòu)，上部的直徑比下部的直徑要大，也是為了液相能夠更好的提供卷吸動(dòng)力。
由于在先專(zhuān)利申請(qǐng)的初期，微界面發(fā)生器才剛研發(fā)出來(lái)，所以早期命名為微米氣泡發(fā)生器(CN201610641119.6)、氣泡破碎器(201710766435.0)等，隨著不斷技術(shù)改進(jìn)，后期更名為微界面發(fā)生器，現(xiàn)在本發(fā)明中的微界面發(fā)生器相當(dāng)于之前的微米氣泡發(fā)生器、氣泡破碎器等，只是名稱(chēng)不一樣。綜上所述，本發(fā)明的微界面發(fā)生器屬于現(xiàn)有技術(shù)。
本發(fā)明還提供了一種微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理方法，應(yīng)用上述的處理裝置對(duì)廢水進(jìn)行處理。
優(yōu)選的，所述處理方法包括：
氧氣轉(zhuǎn)化成臭氧后，經(jīng)微界面破碎成微米級(jí)別的微氣泡，臭氧微氣泡與廢水接觸對(duì)廢水進(jìn)行凈化。
本發(fā)明的處理方法操作簡(jiǎn)單，能夠有效提高對(duì)廢水的凈化處理效果，且對(duì)臭氧的利用率能達(dá)到95％以上，從而節(jié)約了廢水處理成本。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明的微界面強(qiáng)化超高效廢水臭氧處理裝置整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)設(shè)置兩個(gè)處理區(qū)對(duì)廢水進(jìn)行處理，提高了對(duì)廢水的氧化處理效果；通過(guò)在第二處理區(qū)側(cè)壁設(shè)置氣體出口，第二處理區(qū)未反應(yīng)的臭氧進(jìn)入第一處理區(qū)中繼續(xù)參與對(duì)廢水的處理，提高了臭氧的利用率，減少了臭氧的浪費(fèi)，節(jié)約了成本。
（發(fā)明人：張志炳;張鋒;周政;李磊;孟為民;楊高東;楊國(guó)強(qiáng)）
