公布日：2023.10.31

申請(qǐng)日：2022.04.19

分類號(hào)：C02F9/00(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I;C02F1/74(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/36(2023.01)I;C02F1/32(2023.01)I;C02F1/30(2023.01)I;B01J35/

04(2006.01)I;B01J23/31(2006.01)I;C02F1/52(2023.01)N

摘要

本發(fā)明提供一種超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，通過在文丘里反應(yīng)器的進(jìn)流收縮管段設(shè)置曝氣設(shè)備，在文丘里反應(yīng)器的出流擴(kuò)張管段設(shè)置超聲波發(fā)生器，以及在文丘里反應(yīng)器的出口后設(shè)置光催化反應(yīng)床，借此，利用曝氣設(shè)備對(duì)高濃度廢水先曝氣形成富氧廢水，再通過超聲波發(fā)生器及光催化反應(yīng)床對(duì)富氧廢水進(jìn)行超聲波與光催化劑的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)提供一種組合型、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行成本低、基于高效氧化法的廢水處理裝置，解決現(xiàn)有廢水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、氧化處理時(shí)受傳質(zhì)影響大、自由基活性有效時(shí)間短、處理效率低、運(yùn)行費(fèi)用高等問題。

權(quán)利要求書

1.一種超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，其特征在于，包括：文丘里反應(yīng)器，成形有進(jìn)流收縮管段、出流擴(kuò)張管段及連通所述進(jìn)流收縮管段及所述出流擴(kuò)張管段的轉(zhuǎn)接平行管段；所述進(jìn)流收縮管段與所述出流擴(kuò)張管段的末端分別設(shè)有所述文丘里反應(yīng)器的入口及出口；曝氣設(shè)備，設(shè)于所述進(jìn)流收縮管段的內(nèi)部，以朝向所述高濃度廢水進(jìn)行曝氣；超聲波發(fā)生器，設(shè)于所述出流擴(kuò)張管段，并朝向流至所述出流擴(kuò)張管段的廢水輸出超聲波；光催化反應(yīng)床，設(shè)于所述文丘里反應(yīng)器的出口處，所述光催化反應(yīng)床包括間隔設(shè)置的反應(yīng)床及光照套管；所述反應(yīng)床成形為蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蜂窩結(jié)構(gòu)界定形成多個(gè)流道，所述流道的內(nèi)壁上涂布有光催化劑；借此，令高濃度廢水自所述文丘里反應(yīng)器的入口輸入至所述進(jìn)流收縮管段進(jìn)行曝氣形成富氧廢水，所述富氧廢水流經(jīng)所述轉(zhuǎn)接平行管段進(jìn)入所述出流擴(kuò)張管段，所述富氧廢水在文丘里效應(yīng)和超聲波的耦合作下產(chǎn)生高溫高壓空化泡，以裂解廢水中的污染物并生成小分子產(chǎn)物和活性自由基；所述廢水及其中的小分子產(chǎn)物和活性自由基進(jìn)入所述光催化反應(yīng)床，所述小分子產(chǎn)物和所述活性自由基經(jīng)光催化反應(yīng)而裂解形成穩(wěn)定的礦化產(chǎn)物，所述高濃度廢水被處理后形成低濃度廢水并由所述文丘里反應(yīng)器的出口輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，其特征在于：所述曝氣設(shè)備包括至少一環(huán)形管設(shè)于所述進(jìn)流收縮管段的內(nèi)壁，所述環(huán)形管上布設(shè)有若干曝氣噴頭，所述若干曝氣噴頭的曝氣方向與水流方向之間具有0～30°的夾角角度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，其特征在于：所述曝氣設(shè)備包括至少二所述環(huán)形管，所述環(huán)形管分別定義為一級(jí)曝氣管及二級(jí)曝氣管，所述一級(jí)曝氣管設(shè)于所述進(jìn)流收縮管段與所述文丘里反應(yīng)器的入口鄰接的內(nèi)壁上，所述二級(jí)曝氣管設(shè)于所述進(jìn)流收縮管段與所述轉(zhuǎn)接平行管段鄰接的內(nèi)壁上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，其特征在于：所述曝氣設(shè)備另包括至少二環(huán)形管設(shè)于所述出流擴(kuò)張管段的內(nèi)部，所述至少二環(huán)形管分別定義為三級(jí)曝氣管及補(bǔ)充曝氣管，所述三級(jí)曝氣管靠近所述轉(zhuǎn)接平行管段地設(shè)于所述出流擴(kuò)張管段的內(nèi)壁上，所述補(bǔ)充曝氣管靠近所述文丘里反應(yīng)器的出口地設(shè)于所述出流擴(kuò)張管段的內(nèi)壁上。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，其特征在于：所述曝氣設(shè)備還包括輸氣管，所述輸氣管的一端供輸入壓縮氣體，另一端與各所述環(huán)形管連通；令所述壓縮氣體被加壓后流經(jīng)所述輸氣管及所述環(huán)形管并從所述曝氣噴頭曝氣至所述高濃度廢水中。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，其特征在于：所述轉(zhuǎn)接平行管段的上部設(shè)有入口排氣管，且所述出流擴(kuò)張管段的上部在對(duì)應(yīng)所述文丘里反應(yīng)器的出口處設(shè)有出口排氣管。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，其特征在于：所述光催化反應(yīng)床的光催化劑按重量分?jǐn)?shù)計(jì)包括，光催化材料，30至55份；鈰鋯固熔體，15至20份；混合鑭鐠，5至10份；聚鋁，15至25份；硅鎂氧化物，10至15份；水，40至60份；其中，光催化材料、鈰鋯固熔體、混合鑭鐠、聚鋁和硅鎂氧化物的份數(shù)和為100份。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，其特征在于：所述光催化材料的成分，按質(zhì)量份計(jì)包括，鈦的氧化物，20-50份，鎢的氧化物，25-40份，鉍的氧化物，25-40份；所述鈰鋯固熔體購(gòu)買于中國(guó)有色金屬研究院及上海躍龍公司；所述混合鑭鐠的制備方法包括，取鑭和鐠的氯酸鹽或硝酸鹽，按純金屬質(zhì)量計(jì)，鑭20-40份、鐠20-60，混合后溶于100份水中；所述聚鋁的制備方法包括，取氫氧化鋁70-100份，加入尿素2-10份，然后加熱保持微沸，再加入5-15份檸檬酸進(jìn)行絡(luò)合成膠體。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，其特征在于：所述光照套管的光照燈選自普通光、紫外光或其組合。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，其特征在于：所述文丘里反應(yīng)器的出口通過輸送管與絮凝反應(yīng)池連接，令所述低濃度廢水通過所述輸送管輸送至所述絮凝反應(yīng)池進(jìn)行絮凝反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述情況，本發(fā)明提供一種超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，通過在文丘里反應(yīng)器的進(jìn)流收縮管段設(shè)置曝氣設(shè)備，在文丘里反應(yīng)器的出流擴(kuò)張管段設(shè)置超聲波發(fā)生器，以及在文丘里反應(yīng)器的出口后設(shè)置光催化反應(yīng)床，借此，利用曝氣設(shè)備對(duì)高濃度廢水先曝氣形成富氧廢水，再通過超聲波發(fā)生器及光催化反應(yīng)床對(duì)富氧廢水進(jìn)行超聲波與光催化劑的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)提供一種組合型、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行成本低、基于高效氧化法的廢水處理裝置，解決現(xiàn)有廢水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、氧化處理時(shí)受傳質(zhì)影響大、自由基活性有效時(shí)間短、處理效率低、運(yùn)行費(fèi)用高等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是提供一種超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，包括：文丘里反應(yīng)器，成形有進(jìn)流收縮管段、出流擴(kuò)張管段及連通所述進(jìn)流收縮管段及所述出流擴(kuò)張管段的轉(zhuǎn)接平行管段；所述進(jìn)流收縮管段與所述出流擴(kuò)張管段的末端分別設(shè)有所述文丘里反應(yīng)器的入口及出口；曝氣設(shè)備，設(shè)于所述進(jìn)流收縮管段的內(nèi)部，以朝向所述高濃度廢水進(jìn)行曝氣；超聲波發(fā)生器，設(shè)于所述出流擴(kuò)張管段，并朝向流至所述出流擴(kuò)張管段的廢水輸出超聲波；光催化反應(yīng)床，設(shè)于所述文丘里反應(yīng)器的出口處，所述光催化反應(yīng)床包括間隔設(shè)置的反應(yīng)床及光照套管；所述反應(yīng)床成形為蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蜂窩結(jié)構(gòu)界定形成多個(gè)流道，所述流道的內(nèi)壁上涂布有光催化劑；借此，令高濃度廢水自所述文丘里反應(yīng)器的入口輸入至所述進(jìn)流收縮管段進(jìn)行曝氣形成富氧廢水，所述富氧廢水流經(jīng)所述轉(zhuǎn)接平行管段進(jìn)入所述出流擴(kuò)張管段，所述富氧廢水在文丘里效應(yīng)和超聲波的耦合作用下產(chǎn)生高溫高壓空化泡，以裂解廢水中的污染物并生成小分子產(chǎn)物和活性自由基；所述廢水及其中的小分子產(chǎn)物和活性自由基進(jìn)入所述光催化反應(yīng)床，所述小分子產(chǎn)物和所述活性自由基經(jīng)光催化反應(yīng)而裂解形成穩(wěn)定的礦化產(chǎn)物，所述高濃度廢水被處理后形成低濃度廢水并由所述文丘里反應(yīng)器的出口輸出。

本發(fā)明廢水處理裝置的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述曝氣設(shè)備包括至少一環(huán)形管設(shè)于所述進(jìn)流收縮管段的內(nèi)壁，所述環(huán)形管上布設(shè)有若干曝氣噴頭，所述若干曝氣噴頭的曝氣方向與水流方向之間具有0～30°的夾角角度。

本發(fā)明廢水處理裝置的更進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述曝氣設(shè)備包括二所述環(huán)形管并分別定義為一級(jí)曝氣管及二級(jí)曝氣管，所述一級(jí)曝氣管設(shè)于所述進(jìn)流收縮管段與所述文丘里反應(yīng)器的入口鄰接的內(nèi)壁上，所述二級(jí)曝氣管設(shè)于所述進(jìn)流收縮管段與所述轉(zhuǎn)接平行管段鄰接的內(nèi)壁上。

本發(fā)明廢水處理裝置的更進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述曝氣設(shè)備另包括二環(huán)形管設(shè)于所述出流擴(kuò)張管段的內(nèi)部，所述二環(huán)形管分別定義為三級(jí)曝氣管及補(bǔ)充曝氣管，所述三級(jí)曝氣管靠近所述轉(zhuǎn)接平行管段地設(shè)于所述出流擴(kuò)張管段的內(nèi)壁上，所述補(bǔ)充曝氣管靠近所述文丘里反應(yīng)器的出口地設(shè)于所述出流擴(kuò)張管段的內(nèi)壁上。

本發(fā)明廢水處理裝置的更進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述曝氣設(shè)備還包括輸氣管，所述輸氣管的一端供輸入壓縮氣體，另一端與各所述環(huán)形管連通；令所述壓縮氣體被加壓后流經(jīng)所述輸氣管及所述環(huán)形管并從所述曝氣噴頭曝氣至所述高濃度廢水中。

本發(fā)明廢水處理裝置的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述轉(zhuǎn)接平行管段的上部設(shè)有入口排氣管，且所述出流擴(kuò)張管段的上部在對(duì)應(yīng)所述文丘里反應(yīng)器的出口處設(shè)有出口排氣管。

本發(fā)明廢水處理裝置的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述光催化反應(yīng)床的光催化劑按重量分?jǐn)?shù)計(jì)包括，光催化材料，30至55份；鈰鋯固熔體，15至20份；混合鑭鐠，5至10份；聚鋁，15至25份；硅鎂氧化物，10至15份；水，40至60份；其中，光催化材料、鈰鋯固熔體、混合鑭鐠、聚鋁和硅鎂氧化物的份數(shù)和為100份。

本發(fā)明廢水處理裝置的更進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述光催化材料的成分，按質(zhì)量份計(jì)包括，鈦的氧化物，20-50份，鎢的氧化物，25-40份，鉍的氧化物，25-40份；所述鈰鋯固熔體購(gòu)買于中國(guó)有色金屬研究院及上海躍龍公司；所述混合鑭鐠的制備方法包括，取鑭和鐠的氯酸鹽或硝酸鹽，按純金屬質(zhì)量計(jì)，鑭20-40份、鐠20-60，混合后溶于100份水中；所述聚鋁的制備方法包括，取氫氧化鋁70-100份，加入尿素2-10份，然后加熱保持微沸，再加入5-15份檸檬酸進(jìn)行絡(luò)合成膠體。

本發(fā)明廢水處理裝置的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述光照套管的光照燈源選自普通光、紫外光或其組合。

本發(fā)明廢水處理裝置的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述文丘里反應(yīng)器的出口通過輸送管與絮凝反應(yīng)池連接，令所述低濃度廢水通過所述輸送管輸送至所述絮凝反應(yīng)池進(jìn)行絮凝反應(yīng)。

本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明采用文丘里反應(yīng)器，在其入口處安裝曝氣設(shè)備，對(duì)需凈化處理的廢水進(jìn)行及時(shí)有效的曝氣，極大增加廢水中的溶解氧濃度，極大地簡(jiǎn)化了廢水處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)和體積，使曝氣針對(duì)性更強(qiáng)、曝氣更直接和充分、效率更高。

(2)本發(fā)明利用文丘里效應(yīng)-超聲波耦合氧化分解廢水中的污染物。本發(fā)明在文丘里反應(yīng)器的出流擴(kuò)張管段(出口端)外部安裝超聲波發(fā)生器，使含有大量溶解氧的廢水在經(jīng)過文丘里反應(yīng)器的出流擴(kuò)張管段時(shí)，在出口端形成負(fù)壓，溶解在水中的氧、污染物在超聲波造成高溫、高壓的空化作用下，發(fā)生裂解產(chǎn)生自由基，引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使污染物不斷降解生成小分子自由基。

(3)本發(fā)明通過在文丘里反應(yīng)器的出口處設(shè)置光催化反應(yīng)床進(jìn)行高效光催化。本發(fā)明使用的光催化劑通過涂布在呈現(xiàn)多孔蜂窩結(jié)構(gòu)的反應(yīng)床的流道內(nèi)壁上，與反應(yīng)床制備成為一體式結(jié)構(gòu)。此外，光催化劑涂覆固定在蜂窩結(jié)構(gòu)上，改變了光催化劑以粉體使用的方式；本發(fā)明使用的光催化劑具有不溶于水、耐水性好、在蜂窩體上附著牢固等特點(diǎn)，因此，光催化劑本身可固定在載體骨架(蜂窩結(jié)構(gòu)反應(yīng)床)上，同時(shí)提供更大的比表面積，有利于污染物在光催化劑上吸附-脫附順利進(jìn)行，促進(jìn)污染物的化學(xué)反應(yīng)，光催化劑不用進(jìn)行分離和二次回收，減少光催化劑的再生和損失。

(4)本發(fā)明采用文丘里效應(yīng)耦合超聲波-光效催化相協(xié)同的技術(shù)方案，具有反應(yīng)速度快、效率高、設(shè)備體積小等特點(diǎn)。

(5)本發(fā)明利用超聲波耦合協(xié)同選擇高能紫外線作為催化劑光源，利用超聲波的高能破壁功能結(jié)合紫外線的殺毒作用，同時(shí)可對(duì)水體中的微生物、細(xì)菌和藻類進(jìn)行滅活分解而除去。

(6)本發(fā)明的廢水處理裝置，可根據(jù)廢水量的大小，選擇連續(xù)式或間歇式運(yùn)行，達(dá)到設(shè)備靈活配置的目的。

（發(fā)明人：石江潭）