申请日2012.11.07
公开(公告)日2013.07.10
IPC分类号C02F1/78; C02F1/36; C02F1/461
摘要
本实用新型提供了一种高效处理难降解有机废水的设备，包括反应装置、臭氧发生扩散装置、电化学催化装置、超声装置和电源，所述反应装置下部设有进水口，所述反应装置上部设有出水口，所述臭氧发生扩散装置包括互相连接的臭氧发生器和气体扩散器，所述臭氧扩散器设于反应装置底部，所述电化学催化装置和超声装置分别设于反应装置内并与电源连接。本实用新型还提供了一种利用该设备处理难降解有机废水的方法。该设备结构简单紧凑、占地面积小、使用方便、成本低廉、运行管理方便，利用物理吸附、电化学催化、臭氧以及超声的复合耦合作用有效处理水中的有机污染物，实现较好的净化水质的效果，处理效果好、处理效率高。
权利要求书
1.一种高效处理难降解有机废水的设备，其特征在于：包括反应装置(1)、臭氧发生扩散装置(2)、电化学催化装置(3)、超声装置(4)和电源(5);所述反应装置(1)下部设有进水口(11)、上部设有出水口(12);所述臭氧发生扩散装置(2)包括互相连接的臭氧发生器(21)和气体扩散器(22)，所述臭氧扩散器(22)设于反应装置(1)底部;所述电化学催化装置(3)和超声装置(4)分别设于反应装置(1)内并与电源(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效处理难降解有机废水的设备，其特征在于：还包括前处理装置(6)，所述前处理装置(6)的出水口与反应装置(1)上的进水口(11)连接，所述前处理装置(6)包括过滤装置、气浮装置、混凝沉淀装置或生物处理装置中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种高效处理难降解有机废水的设备，其特征在于：还包括气液分离器(7)，所述气液分离器(7)上设有进水管、出水管和出气管，进水管与反应装置(1)上的出水口(12)连接。
4.根据权利要求3所述的一种高效处理难降解有机废水的设备，其特征在于：还包括臭氧尾气破坏器(71)，所述臭氧尾气破坏器(71)与气液分离器(7)出气管连接。
5.根据权利要求3所述的一种高效处理难降解有机废水的设备，其特征在于：还包括残余氧化物检测仪(74)，所述残余氧化物检测仪(74)与气液分离器(7)出水管连接。
6.根据权利要求5所述的一种高效处理难降解有机废水的设备，其特征在于：所述臭氧发生扩散装置(2)还包括依次连接的气相臭氧浓度检测器(25)、气体流量计(26)和止回阀(27)，所述气相臭氧浓度检测器(25)、气体流量计(26)和止回阀(27)设于臭氧发生器(21)和气体扩散器(22)之间。
7.根据权利要求6所述的一种高效处理难降解有机废水的设备，其特征在于：还包括自控单元(8)，所述自控单元(8)与电源(5)、臭氧发生器(21)、气相臭氧浓度检测器(25)以及残余氧化物检测仪(74)连接，所述气相臭氧浓度检测器(25)以及残余氧化物检测仪(74)输出检测信号至自控单元(8)，所述自控单元(8)输出控制信号至电源(5)及臭氧发生器(21)。
8.根据权利要求1所述的一种高效处理难降解有机废水的设备，其特征在于：所述超声发生器(21)为震子式超声发生器或震杆式超声发生器，频率为20-60kHz，功率密 度为0.3W/cm2以上;所述气体扩散器(22)为多孔曝气材料、水射流器或中空纤维膜;所述电化学催化装置(3)包括多功能阳极(31)和多功能阴极(32)，所述多功能阳极(31)和多功能阴极(32)分别与电源(5)连接;所述的多功能阳极(31)表面载有二氧化钛粒子或二氧化钛纳米管;所述的多功能阴极(32)表层为活性炭纤维或碳纳米管，表面载有金属或金属氧化物。
9.根据权利要求1所述的一种高效处理难降解有机废水的设备，其特征在于：所述臭氧发生扩散装置(2)还包括气体干燥器(23)，所述气体干燥器(23)与臭氧发生器(21)连接。
10.根据权利要求1所述的一种高效处理难降解有机废水的设备，其特征在于：还包括前处理装置(6)，所述气体扩散器(22)为水射流器，所述水射流器的进水口与前处理装置(6)连接。
说明书
一种高效处理难降解有机废水的设备
技术领域
本实用新型属于有机废水处理设备领域，特别涉及一种高效处理难降解有机废水的设备，还涉及利用该设备处理有机废水中难降解有机污染物的方法。
背景技术
随着现代工业的不断发展，大量的有机化合物被广泛地应用于人类的生产和生活，各种含有难生物降解的有机污染物的废水也随之增多。这些废水普遍具有污染物浓度高、毒性大、可生化性差的特点，对水环境造成了严重污染，直接威胁着人类的健康。
目前，对于此类难降解有机废水的处理常采用物化法、化学法、生化法等，但由于水质的特殊性，常规处理技术很难达到满意的效果。因此，难降解有机废水的处理研究一直是国内外水处理工作中的一个难点和研究热点。
高级氧化技术(AOPs)是以促进产生高活性的羟基自由基(·OH)为目的的氧化技术。羟基自由基是一种很强的氧化剂，它能与有机分子结合生成二氧化碳和水及其他无机物，从而最终实现污染物的无害化处置。高级氧化技术作为一种有效的废水处理手段，近年来引起了越来越多的关注。其中，尤以臭氧法、超声催化法和电化学催化法等因其良好的可操控性以及与环境有着较好的兼容性而受到人们的青睐。臭氧具有很强的氧化能力，能有效除臭、脱色、杀菌、降解有机物，温度和压力等反应条件温和，清洁无污染;但是臭氧与有机物的反应具有较强的选择性，且单纯臭氧氧化处理废水的效率低，处理成本高，需要探索催化臭氧氧化、臭氧联用等新技术。电化学催化和超声催化技术是最近发展起来的新型高级氧化技术，两种技术均具有设备简单、条件温和、易于自动控制，并且不会带来二次污染等优点，被誉为“环境友好”的水处理技术。然而，单一的超声处理很难有效降解有机污染物;同时由于水电解点位窗口的限制等因素，电化学催化技术需要寻求高性能的电极和合适的协同耦合技术。因此，寻求建立一种可以在常温常压下进行，并且有高效性和广谱性的高级氧化耦合技术，使各反应之间协同互补，提高处理效果，设计出一体化的反应装置简化工艺并缩小体积是有效解决难降解有机废水处理及推动该技术能够实际应用的关键。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的是提供了一种效率高、成本低的处理难降解有机废水的设备以及利用该设备处理难降解有机废水的方法。
技术方案：本实用新型提供的一种高效处理难降解有机废水的设备，包括反应装置、臭氧发生扩散装置、电化学催化装置、超声装置和电源;所述反应装置下部设有进水口、上部设有出水口;所述臭氧发生扩散装置包括互相连接的臭氧发生器和气体扩散器，所述臭氧扩散器设于反应装置底部;所述电化学催化装置和超声装置分别设于反应装置内并与电源连接。
其中，反应装置可为圆筒形或长方体形，制备材料可为金属、有机玻璃、塑料等;电源为直流型或脉冲型，可同时满足电化学催化和超声发生要求，并具备输出可调，信号反馈、远程可控等功能。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的一种改进，还包括前处理装置，所述前处理装置的出水口与反应装置上的进水口连接，所述前处理装置包括过滤装置、气浮装置、混凝沉淀装置或生物处理装置中的一种或几种;从而利用过滤、气浮、混凝沉淀或生物处理等方法对难降解有机废水前处理，提高该装置的处理效率及处理效果。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的进一步改进，还包括第一液体控制阀，所述第一液体控制阀设于前处理装置的出水口和反应装置上的进水口之间;从而方便控制处理水量及处理时间，提高处理效果，保证出水水质。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的一种改进，还包括气液分离器，所述气液分离器上设有进水管、出水管和出气管，进水管与反应装置上的出水口连接。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的另一种改进，还包括臭氧尾气破坏器，所述臭氧尾气破坏器与气液分离器出气管连接;利用气液分离器分离处理后水中未反应的臭氧及其他气体，从而提高处理效果，保证出水水质。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的进一步改进，还包括第二液体控制阀，所述第二液体控制阀设于气液分离器与反应装置上的出水口之间;从而方便控制处理水量及处理时间，提高处理效果，保证出水水质。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的另一种改进，还包括残余氧化物检测仪，所述残余氧化物检测仪与气液分离器出水管连接;所述臭氧尾气破坏器为化学吸收型臭氧尾气破坏器或催化反应型臭氧尾气破坏器;利用臭氧尾气破坏器处理分离的未反应的臭氧，从而避免对环境造成污染。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的进一步改进，还包括第二气体控制阀，所述第二气体控制阀与臭氧尾气破坏器连接。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的另一种改进，还包括残余氧化物检测仪，所述残余氧化物检测仪与气液分离器出水管连接;利用残余氧化物检测仪在线监测出水中残余氧化物，从而便于随时根据出水中残余氧化物的量实时调整设备参数，使设备方便操作，提高出水水质。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的另一种改进，所述臭氧发生扩散装置还包括依次连接的气相臭氧浓度检测器、气体流量计和止回阀，所述气相臭氧浓度检测器、气体流量计和止回阀设于臭氧发生器和气体扩散器之间;利用气相臭氧浓度检测器、气体流量计在线监测臭氧的浓度及流量，从而使设备反应参数设置更准确，进而提高出水水质，降低处理成本。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的另一种改进，还包括自控单元，所述自控单元与电源、臭氧发生器、气相臭氧浓度检测器以及残余氧化物检测仪连接，所述气相臭氧浓度检测器以及残余氧化物检测仪输出检测信号至自控单元，所述自控单元输出控制信号至电源及臭氧发生器;此外残余氧化物检测仪也可与自控单元连接;所述自控单元可进行软件编程，信号采集，信号分析，模拟计算，自动调控，错误报警，数据记录等功能，从而实现参数设定、调节、故障反馈、报警与记录等功能的智能化操作，提高了该设备的实用性。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的一种优选，所述超声发生器为震子式超声发生器或震杆式超声发生器，频率为20-60kHz，功率密度为0.3W/cm2以上。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的另一种优选，所述气体扩散器为多孔曝气材料、水射流器或中空纤维膜。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的另一种改进，所述电化学催化装置包括多功能阳极和多功能阴极，所述多功能阳极和多功能阴极分别与电源连接;所述的多功能阳极表面载有二氧化钛粒子或二氧化钛纳米管;所述的多功能阴极表层为活性炭纤维或碳纳米管，表面载有金属或金属氧化物;所述多功能阳极和多功能阴极为改性的同时具备吸附、电化学催化、催化臭氧化等功能的纳米材料电极。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的另一种改进，所述臭氧发生 扩散装置还包括气体干燥器，所述气体干燥器与臭氧发生器连接;利用气体干燥器干燥进入臭氧发生器中的气体，从而提高臭氧产生量及臭氧浓度。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的另一种改进，所述臭氧发生扩散装置还包括第一气体控制阀，所述第一气体控制阀与气体干燥器连接;从而便于控制臭氧产生量，从而控制反应条件，进而提高出水水质。
作为本实用新型一种高效处理难降解有机废水的设备的另一种改进，还包括前处理装置，所述气体扩散器为水射流器，所述水射流器的进水口与前处理装置出水口连接;从而使臭氧气体与待处理水以气水混合形式进入反应装置内，提高了处理效率，减少了反应时间，降低了处理成本，提高了出水水质。
本实用新型还提供了一种利用上述一种高效处理难降解有机废水的设备处理难降解有机废水的方法，包括以下步骤：
(1)利用前处理装置将待净化水进行前处理，得初级净化水;
(2)将初净化水通入一种高效处理难降解有机废水的设备中，同步利用吸附催化结合声电耦合强化催化臭氧化处理，得二级净化水;
(3)将二级净化水利用气液分离器分离二级净化水中残余臭氧，即得净化水。
有益效果：本实用新型提供的一种高效处理难降解有机废水的设备结构简单紧凑、占地面积小、使用方便、成本低廉、运行管理方便，利用物理吸附、电化学催化、臭氧以及超声的复合耦合作用有效处理水中的有机污染物，实现较好的净化水质的效果，处理效果好、处理效率高。
本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：
一、利用电化学催化、声化学催化、催化臭氧化三者之间存在的耦合协同作用，可显著提高处理效果，实现单一工艺、分级工艺或其他现有一般工艺难以达到的降解效果，复合协同工艺的应用亦可降低处理成本，具有广阔的市场前景。超声与臭氧耦合主要是强化臭氧传质，无法改变反应液体的特性，提高作用有限;电化学与臭氧耦合虽然可使反应液体存在浓差极化，加速臭氧分解，但是受臭氧传质和扩散限制。当三者耦合时，可实现各反应的互补互促。超声强化臭氧传质，克服电化学催化/臭氧耦合的缺点，而且可以清洗电极;同时在电化学区间中，超声/臭氧的协同作用得到提高，液体特性的改变加速了臭氧化反应，超声气泡崩塌产生的高温高压有利于复合体系中自由基的形成，加快有机物的降解。复合体系进行水处理时需在同一反应区间进行，采用分段、分级工艺 时，不但不能同时利用三者的协同作用，而且由于反应存在先后顺序，反应物的变化和中间产物的生成均会影响水质和体系特性，从而难以获得强化的耦合协同作用。
二、利用多功能电极，可在同一反应区间实现物理吸附降解、电化学催化降解、催化臭氧化降解、声化学降解等多种反应，使反应器结构紧凑，提高处理效果的同时显著缩小反应器体积。
简单地采用超声、电化学催化、臭氧三者工艺复合尚不能获得最佳的处理效果。化学反应的耦合受反应条件的严格限制，因此需要引入物理反应来形成物理/化学耦合体系。在复合体系中采用多功能电极时，将带来简单工艺复合所不具备的特殊效果。当三种工艺在同一反应区间时，在原有基础上还增加了物理吸附降解，吸附/催化臭氧化耦合降解，吸附/电化学催化耦合降解等三大反应，从而真正实现了一体化高效的水处理，减小了设备体积，降低了处理成本。
三、利用超声技术不但实现多种协同降解反应，同时可加强水体传质，清洗电极和反应器壁，避免污垢沉积，使之能够长期有效运行，管理方便。
四、通过自控单元与各部件相连接，可实现处理过程的全自动、智能化控制。
五、采用耦合高级氧化工艺，并设置自动监控装置和尾气处理单元，对污水进行彻底净化处理，避免产生二次污染，环保可靠。
本实用新型提供的难降解有机废水的处理方法工艺简单、处理效率高，能够有效、经济、环保、一体化的通过吸附催化结合声电耦合强化催化臭氧化处理难降解有机废水。该“一体化”即在同一反应区间实现各工艺的协同耦合作用，使其互补互促，克服各自单一作用时的缺点，显著提高处理效果并降低能耗，优化反应器结构，缩小占地面积。
该方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)利用过滤、气浮、混凝沉淀或生物法等前处理可对污水进行初步净化，去除一些杂质及部分有机质，提高后续处理能力;
(2)臭氧氧化、电化学催化、超声化学本身均具备一定的污染物降解能力，通过巧妙的工艺构思，在一体化的水处理反应器中同步利用吸附催化结合声电耦合强化催化臭氧化，实现多种工艺的协同作用，互补互促，从而能够降解一般工艺难以处理的难降解有机废水，同时较各自单独处理或两两结合时在处理效果上显著提高，降低处理成本，拓展了广谱性，具备实际可行性和适用性。
