公布日：2023.03.10
申請日：2022.11.22
分類號：C02F1/78(2023.01)I;C02F1/76(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/461(2023.01)I;C02F1/467(2023.01)I;C02F101/38(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括反應器和配套設備；所述反應器為含鹽有機廢水提供除碳脫氮反應場所；所述配套設備包括臭氧發(fā)生器、進水水質(zhì)檢測儀器、低壓直流電源、第一控制系統(tǒng)和第二控制系統(tǒng)。本發(fā)明直接采用反應器金屬罐體作為電化學陰極，內(nèi)置電化學陽極和布氣布水裝置，大幅降低裝置一體化制造成本，同時通過臭氧氧化技術(shù)和電化學技術(shù)耦合聯(lián)用，以電化學技術(shù)強化臭氧氧化技術(shù)對有機物的降解并彌補其在總氮脫除上的不足，提升裝置整體除碳脫氮能力，解決了常規(guī)臭氧氧化技術(shù)無法實現(xiàn)含鹽有機廢水同步高效除碳脫氮的難題。
權(quán)利要求書
1.一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，其特征在于，包括：反應器(1)和配套設備，反應器(1)為含鹽有機廢水提供除碳脫氮反應場所，配套設備包括電連接的臭氧發(fā)生器(15)、進水水質(zhì)檢測儀器(17)、低壓直流電源(19)、第一控制系統(tǒng)(24)和第二控制系統(tǒng)(25)；反應器(1)包括金屬罐體(7)和除碳脫氮反應室(9)，金屬罐體(7)外表面通過負極導線(21)連接低壓直流電源(19)的負極，除碳脫氮反應室(9)為金屬罐體(7)內(nèi)部空腔；反應器(1)還包括：絕緣布水板(10)，絕緣布水板(10)設置于除碳脫氮反應室(9)靠近底部位置；電化學陽極板(11)，電化學陽極板(11)固定于除碳脫氮反應室(9)中絕緣布水板(10)上且與金屬罐體(7)同軸等間距布置，電化學陽極板(11)依次通過絕緣貫穿接頭(27)、正極導線(20)連接低壓直流電源(19)的正極；催化劑層(12)，催化劑層(12)多層間隔布置于除碳脫氮反應室(9)中電化學陽極板(11)上方位置；布氣布水裝置(13)，布氣布水裝置(13)設置于除碳脫氮反應室(9)中絕緣布水板(10)和催化劑層(12)的中間位置；布氣布水裝置(13)內(nèi)設置有延時混合單元，延時混合單元包括：殼體(41)，殼體(41)連接于布氣布水裝置13內(nèi)壁，殼體(41)底端開設有進氣槽(42)，殼體(41)頂端豎直開設有與進氣槽(42)連通的進氣管路(43)，進氣管路(43)與布氣布水裝置13的進氣端連通，殼體(41)底端延伸至布氣布水裝置13的循環(huán)水內(nèi)；滑槽(44)，滑槽(44)開設于殼體(41)內(nèi)且與進氣管路(43)垂直布置；連通板(45)，連通板(45)滑動連接于滑槽(44)內(nèi)，且連通板(45)上開設有通孔(46)，連通板(45)與滑槽(44)一端連接有彈簧；傳動腔(47)，傳動腔(47)開設于滑槽(44)一側(cè)的殼體(41)上，傳動腔(47)內(nèi)滑動連接有活塞(48)，活塞(48)與連通板(45)一端固定連接，傳動腔(47)遠離連通板(45)的一側(cè)與布氣布水裝置13的循環(huán)水水箱連通；卡環(huán)(49)，卡環(huán)(49)固定連接于進氣槽(42)內(nèi)壁，卡環(huán)(49)內(nèi)滑動連接有堵頭(51)，且堵頭(51)與進氣槽(42)內(nèi)壁滑動連接，堵頭(51)與進氣槽(42)內(nèi)壁底端之間連接有彈簧；支桿(52)，支桿(52)固定連接于進氣槽(42)側(cè)端且布置于卡環(huán)(49)上方；氣囊(53)，氣囊(53)連接于支桿(52)和堵頭(51)之間，氣囊(53)頂端和底端分別連接有導向桿(54)和滑套(55)，導向桿(54)滑動連接于滑套(55)內(nèi)，氣囊(53)兩側(cè)端分別有磁極相反的磁塊一(56)，磁塊一(56)與滑套(55)錯開布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，其特征在于，反應器(1)還包括：絕緣外層(8)，絕緣外層(8)嚴密覆蓋于金屬罐體(7)的外表面；絕緣底座(14)，絕緣底座(14)連接于金屬罐體(7)底端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，其特征在于，反應器(1)還包括：廢水進水口(26)，廢水進水口(26)設置于金屬罐體(7)底端，且向內(nèi)連通除碳脫氮反應室(9)，向外絕緣連接廢水進水管道(3)；絕緣循環(huán)進水口(29)，絕緣循環(huán)進水口(29)設置于金屬罐體(7)側(cè)端中部位置，循環(huán)進水管道(6)通過絕緣循環(huán)進水口(29)進入除碳脫氮反應室(9)中并與布氣布水裝置(13)連接；廢水出水口(30)，廢水出水口(30)設置于金屬罐體(7)側(cè)端上方位置，且向內(nèi)連通除碳脫氮反應室(9)，向外絕緣連接出水管道(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，其特征在于，反應器(1)還包括：絕緣進氣口(28)，絕緣進氣口(28)設置于金屬罐體(7)側(cè)端中部位置，臭氧進氣管道(2)通過絕緣進氣口(28)進入除碳脫氮反應室(9)中并與布氣布水裝置(13)連接；進氣口(31)，進氣口(31)設置于金屬罐體(7)頂端；排氣口(32)，排氣口(32)設置于金屬罐體(7)頂端，且向內(nèi)連通除碳脫氮反應室(9)，向外絕緣連接尾氣排氣管道(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，其特征在于，臭氧進氣管道(2)上設置有臭氧發(fā)生器(15)和進氣閥門(16)；廢水進水管道(3)上設置有進水水質(zhì)檢測儀器(17)和進水泵(18)；尾氣排氣管道(4)上設置有引風機(22)；循環(huán)進水管道(6)與出水管道(5)相連，循環(huán)進水管道(6)上設置有循環(huán)進水泵(23)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，其特征在于，反應器(1)進水水質(zhì)條件為鹽含量0.5％-30％，COD值200-10000mg/L，TN值100-2000mg/L，pH值5-10。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，其特征在于，金屬罐體(7)設置為內(nèi)表面鍍鈦的不銹鋼；電化學陽極板(11)設置為表面涂敷釕、銥、鉭金屬的鈦網(wǎng)，工作狀態(tài)下電流密度為100-800A/m2；電化學陽極板(11)與金屬罐體(7)的間距設置為1-10cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，其特征在于，第一控制系統(tǒng)(24)連接進水水質(zhì)檢測儀器(17)、臭氧發(fā)生器(15)和進氣閥門(16)，通過第一控制系統(tǒng)(24)調(diào)控臭氧進氣量Q、進水COD值m、單位COD值所需臭氧進氣量k之間的關(guān)系，調(diào)控過程為：當Q/m>k時，第一控制系統(tǒng)(24)調(diào)整進氣閥門(16)降低臭氧進氣量Q；當Q/m<k時，第一控制系統(tǒng)(24)調(diào)整進氣閥門(16)提高臭氧進氣量Q。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，其特征在于，第二控制系統(tǒng)(25)連接進水水質(zhì)檢測儀器(17)和低壓直流電源(19)，通過第二控制系統(tǒng)(25)調(diào)控低壓直流電源(19)輸出電流I、進水TN值n、單位TN值所需輸出電流j之間的關(guān)系，調(diào)控過程為：當I/n>j時，第二控制系統(tǒng)(25)調(diào)整低壓直流電源(19)降低輸出電流I；當I/n<j時，第二控制系統(tǒng)(25)調(diào)整低壓直流電源(19)提高輸出電流I。
發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。
為至少部分地解決上述問題，本發(fā)明提供了一種含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置，包括：
反應器和配套設備，反應器為含鹽有機廢水提供除碳脫氮反應場所，配套設備包括電連接的臭氧發(fā)生器、進水水質(zhì)檢測儀器、低壓直流電源、第一控制系統(tǒng)和第二控制系統(tǒng)；反應器包括金屬罐體和除碳脫氮反應室，金屬罐體外表面通過負極導線連接低壓直流電源的負極，除碳脫氮反應室為金屬罐體內(nèi)部空腔。
優(yōu)選地，反應器還包括：
絕緣布水板，絕緣布水板設置于除碳脫氮反應室靠近底部位置；
電化學陽極板，電化學陽極板固定于除碳脫氮反應室中絕緣布水板上且與金屬罐體同軸等間距布置，電化學陽極板依次通過絕緣貫穿接頭、正極導線連接低壓直流電源的正極；
催化劑層，催化劑層多層間隔布置于除碳脫氮反應室中電化學陽極板上方位置；
布氣布水裝置，布氣布水裝置設置于除碳脫氮反應室中絕緣布水板和催化劑層的中間位置；
優(yōu)選地，反應器還包括：
絕緣外層，絕緣外層嚴密覆蓋于金屬罐體的外表面；
絕緣底座，絕緣底座連接于金屬罐體底端。
優(yōu)選地，反應器還包括：
廢水進水口，廢水進水口設置于金屬罐體底端，且向內(nèi)連通除碳脫氮反應室，向外絕緣連接廢水進水管道；
絕緣循環(huán)進水口，絕緣循環(huán)進水口設置于金屬罐體側(cè)端中部位置，循環(huán)進水管道通過絕緣循環(huán)進水口進入除碳脫氮反應室中并與布氣布水裝置連接；
廢水出水口，廢水出水口設置于金屬罐體側(cè)端上方位置，且向內(nèi)連通除碳脫氮反應室，向外絕緣連接出水管道。
優(yōu)選地，反應器還包括：
絕緣進氣口，絕緣進氣口設置于金屬罐體側(cè)端中部位置，臭氧進氣管道通過絕緣進氣口進入除碳脫氮反應室中并與布氣布水裝置連接；
進氣口，進氣口設置于金屬罐體頂端；
排氣口，排氣口設置于金屬罐體頂端，且向內(nèi)連通除碳脫氮反應室，向外絕緣連接尾氣排氣管道。
優(yōu)選地，臭氧進氣管道上設置有臭氧發(fā)生器和進氣閥門；廢水進水管道上設置有進水水質(zhì)檢測儀器和進水泵；尾氣排氣管道上設置有引風機；循環(huán)進水管道與出水管道相連，循環(huán)進水管道上設置有循環(huán)進水泵。
優(yōu)選地，反應器進水水質(zhì)條件為鹽含量0.5％-30％，COD值200-10000mg/L，TN值100-2000mg/L，pH值5-10。
優(yōu)選地，金屬罐體設置為內(nèi)表面鍍鈦的不銹鋼；電化學陽極板設置為表面涂敷釕、銥、鉭金屬的鈦網(wǎng)，工作狀態(tài)下電流密度為100-800A/m2；電化學陽極板與金屬罐體的間距設置為1-10cm。
優(yōu)選地，第一控制系統(tǒng)連接進水水質(zhì)檢測儀器、臭氧發(fā)生器和進氣閥門，通過第一控制系統(tǒng)調(diào)控臭氧進氣量Q、進水COD值m、單位COD值所需臭氧進氣量k之間的關(guān)系，調(diào)控過程為：
當Q/m>k時，第一控制系統(tǒng)調(diào)整進氣閥門降低臭氧進氣量Q；
當Q/m<k時，第一控制系統(tǒng)調(diào)整進氣閥門提高臭氧進氣量Q。
優(yōu)選地，第二控制系統(tǒng)連接進水水質(zhì)檢測儀器和低壓直流電源，通過第二控制系統(tǒng)調(diào)控低壓直流電源輸出電流I、進水TN值n、單位TN值所需輸出電流j之間的關(guān)系，調(diào)控過程為：
當I/n>j時，第二控制系統(tǒng)調(diào)整低壓直流電源降低輸出電流I；
當I/n<j時，第二控制系統(tǒng)調(diào)整低壓直流電源提高輸出電流I。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少包括以下有益效果：
(1)相比現(xiàn)有的臭氧氧化反應裝置，本發(fā)明提供的含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置將臭氧氧化技術(shù)與電化學技術(shù)耦合聯(lián)用，通過電化學技術(shù)彌補臭氧氧化技術(shù)在含鹽有機廢水脫氮方面的不足，同時利用電化學過程生成的次氯酸強化對有機物的氧化降解，除碳脫氮效率大幅提升。
(2)相比現(xiàn)有的臭氧氧化/電化學一體化反應裝置，本發(fā)明提供的含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置直接采用反應器金屬罐體作為電化學陰極，內(nèi)置電化學陽極以構(gòu)成電化學反應系統(tǒng)，電極材料成本顯著降低；在外加直流電場下，作為陰極的金屬罐體受到保護，更耐腐蝕。
(3)相比現(xiàn)有的臭氧氧化/電化學一體化反應裝置，本發(fā)明提供的含鹽有機廢水一體化除碳脫氮裝置在持續(xù)監(jiān)控廢水進水水質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過第一控制系統(tǒng)和第二控制系統(tǒng)自動化調(diào)節(jié)臭氧進氣量和輸出電流，在高濃度進水時保證處理出水穩(wěn)定達標，在低濃度進水時避免出現(xiàn)能源浪費。
（發(fā)明人：劉自成;趙選英;楊峰;張洋陽;王文文）
