申请日2017.12.08
公开(公告)日2018.05.08
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种超声波臭氧‑微电解耦合降解工业有机废水的设备及方法，所述设备主要包括超声波臭氧处理池、pH调节池、微电解处理池、生物降解池、吸附过滤塔、废水处理装置和PLC自动控制器;超声波臭氧处理池与pH调节池连接，pH调节池与微电解处理池连接，微电解处理池与生物降解池连接，生物降解池与吸附过滤塔连接，废水处理装置与超声波臭氧处理池、pH调节池、微电解处理池、生物降解池的排水阀连接，PLC自动控制器与设备所用电器装置通过导线连接;所述方法为：超声波臭氧处理;铁碳微电解处理;生物降解处理;废水净化处理;本发明处理过程具有高效性。
权利要求书
1.一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的设备，其特征在于：主要包括原水收集池(1)、超声波臭氧处理池(2)、pH调节池(3)、微电解处理池(4)、生物降解池(5)、吸附过滤塔(6)、净水池(7)、废水处理装置(8)和PLC自动控制器(9);所述超声波臭氧处理池(2)上设置有膜组件(23)、进水口一、出水口一，所述膜组件(23)设置在超声波臭氧处理池(2)进水口一与出水口一之间的位置，超声波臭氧处理池(2)上端设置有超声波反应器(21)，超声波臭氧处理池(2)左侧下端设置有等离子臭氧发生器(22)，超声波臭氧处理池(2)右侧设置有回流装置(24);所述原水收集池(1)通过导水管与进水口一连接，所述导水管上设置有抽水泵一(10)，所述进水口一设置在超声波臭氧处理池(2)的左侧中心偏下位置;所述出水口一通过导水管与pH调节池(3)连接，所述导水管上设置有抽水泵二(20)，所述出水口一设置在超声波臭氧处理池(2)的右侧中心偏上位置;所述微电解处理池(4)上设置有进水口二、出水口二、微电解调料区(41)和搅拌装置(42)，所述微电解调料区(41)设置在微电解处理池(4)内部中心偏下位置，所述进水口二设置在微电解调料区(41)的左侧靠下端位置，所述搅拌装置(42)设置在微电解处理池(4)上端，所述出水口二设置在微电解处理池(4)右侧中心靠上端位置;所述pH调节池(3)通过导水管与进水口二连接，所述导水管上设置有抽水泵三(30);所述生物降解池(5)包括pH调节区、温度调节区和SBR反应器区(53)，所述pH调节区设置在生物降解池(5)上端，pH调节区上设置有进水口三和pH调节装置(51)，所述进水口三通过导水管与出水口二连接，所述导水管上设置有抽水泵四(40)，所述温度调节区设置在pH调节区下方，温度调节区上设置有温度调节装置(52)，所述SBR反应器区(53)设置在温度调节区下方，SBR反应器区(53)上设置有出水口三;所述吸附过滤塔(6)包括滚动搅拌吸附区(61)、微波杀菌区(62)和精过滤区(63)，所述滚动搅拌吸附区(61)设置在吸附过滤塔(6)上端部分，滚动搅拌吸附区(61)上设置有进水 口四，所述进水口四通过导水管与出水口三连接，所述导水管上设置有抽水泵五(50)，所述微波杀菌区(62)设置在吸附过滤塔(6)中间部分，所述精过滤区(63)设置在吸附过滤塔(6)下端部分，搅拌吸附区(61)与微波杀菌区(62)之间、微波杀菌区(62)和精过滤区(63)之间都预留有缓冲区域，吸附过滤塔(6)底部设置有出水口四，所述出水口四通过导水管与净水池(7)连接;所述废水处理装置(8)与超声波臭氧处理池(2)的排水阀、pH调节池(3)的排水阀、微电解处理池(4)的排水阀、生物降解池(5)的排水阀通过导水管连接;所述PLC自动控制器(9)与设备所用电器装置通过导线连接。
2.利用权利要求1所述的设备进行耦合降解工业有机废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)超声波臭氧处理：将高浓度的有机工业废水引进超声波臭氧处理池(2)，打开超声波反应器(21)对废水进行振动降解，超声波振动频率为25-45KHZ，强度为8-15W/cm2，1-3min后打开等离子臭氧发生器(22)向废水中鼓入等离子臭氧混合气进行曝气，气水体积比为2-3:1，30-60min后关闭所述超声波反应器(21)和等离子臭氧发生器(22)，得到前端处理废水;
(2)铁碳微电解处理：将所述前端处理废水在pH调节池(3)调节至PH=3-4，得到酸性废水，将所述酸性废水引入到微电解处理池(4)，使用搅拌装置(42)将酸性废水与强化微电解填料以料液比为1:2-3充分混合搅拌，搅拌速率为20-80r/min，酸性废水停留时间为1-2h，得到中端处理废水;
(3)生物降解处理：将所述中端处理废水引入生物降解池(5)中，通过pH调节装置(51)调节PH=5.5-7，通过温度调节装置(52)调节温度至30-32℃，然后通过SBR反应器区(53)进行厌-好氧反应，厌氧阶段充入氮气曝气，时间为45-70min，好氧阶段充入空气曝气，时间为60-100min，以上两次所述的曝气流量为0.08-0.10m3/h，好氧阶段结束后加入150-200mg/L絮凝剂，沉淀静置，固液分离，得到上清液;
(4)废水净化处理：将所述上清液依次进入吸附过滤塔(6)，通过滚动搅拌吸附区(61)滚动搅拌15-25min，通过微波杀菌区(62)微波杀菌消毒2-5min，通过精过滤区(63)的精过滤设备精滤，得到净化水。
3.如权利要求2所述的一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的方法，其特征在于，步骤(1)等离子臭氧混合气是由等离子臭氧和空气混合而成，所述等离子臭氧来源于氧气瓶，等离子臭氧所占的体积百分比为15-35%。
4.如权利要求2所述的一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的方法，其特征在于，步骤(1)所述曝气所用的曝气装置为氧化铝陶瓷曝气布气板，所述的氧化铝陶瓷曝气布气板位于所述超声波反应器的四周，孔径为3-4mm，孔隙率是80-90%。
5.如权利要求3所述的一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的方法，其特征在于，步骤(1)中用氧气瓶提供所述等离子臭氧。
6.如权利要求2所述的一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的方法，其特征在于，步骤(2)所述的强化微电解填料由以下重量组分组成：400-450份海绵铁、350-400份炭分子筛、50-60份催化剂、5-8份粘合剂。
7.如权利要求2所述的一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的方法，其特征在于，所述强化微电解填料的表观密度为35-40%，堆积密度为50-55%。
8.如权利要求2所述的一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的方法，其特征在于，所述的粘合剂优选的使用铁粉粘结剂粉末，粒径为80-100目，所述的催化剂为氯化钠和钙化合物以质量比为1:4-6的混合粉末，粒径为80-100目。
说明书
超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的设备及方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的设备及方法。
背景技术
目前全球有近50个国家严重缺水，我国被联合国确认为严重缺水国家之一。但我国每年约有几百亿吨经深度处理可以利用的污水没有利用被排放掉，造成了水资源的浪费。
化工厂作为用水大户，年新鲜水用量一般为几百万立方米，水的重复利用率低，同时外排污水几百万立方米，不仅浪费大量水资源，也造成环境污染，并且水资源的短缺已对这些工业用水大户的生产造成威胁。为保持企业的可持续发展及减少水资源的浪费，降低生产成本，提高企业经济效益和社会效益。需对化工废水进行深度处理(三级处理)，作为循环水的补水或动力脱盐水的补水，实现污水回用。同时，也是污染大自然环境的大户。因此，实现污水资源化已是当务之急;同时，随着石油、化工和制药等工业的快速发展，产生了大量高浓度难降解的有机工业废水，此类废水具有有机污染物含量高、色度高、毒性大，难降解等特点，即使经稀释上百倍后微生物仍难以培养，不能直接进行生化处理。针对此种废水可生化性差的水质特点，可以采用相应的预处理方法，提高废水的可生化性，从而保证了后续生化系统的处理效果，因此选取适用的预处理方法是处理此种废水的关键。目前针对这种高浓度有机废水的预处理方法主要有电解法、高级氧化、催化氧化、湿式氧化等。
高级氧化法(Advanced Oxidation processes，简称AOPs)克服了普通氧化法存在的O3、H2O2和Cl2等氧化剂的氧化能力不强且有选择性等缺点，以其独特的优点越来越引起重视。目前常用的高级氧化技术主要有Fenton法、氧化絮凝法、臭氧法、超声降解法和光催化法和电化学法。但是大量的应用研究也表明，单一的氧化技术手段的氧化速率和效率都不能满足降解有机物的要求。为此，近年来发展了提高氧化效率的相关组合技术。主要包括：光电催化氧化技术、超声一电催化氧化技术、臭氧电催化氧化技术、电催化一生物反应技术、膜过滤电催化氧化技术。各种联合电催化水处理技术在难降解有机废水处理上都有一定的协同作用和各自的优势，同时都能在一定程度上降低电催化氧化的运行成本。但是联合电催化氧化水处理技术并不能从根本上解决电流效率低、受传质限制这一电催化水处理技术面对的共性问题。提高处理效率、缩短处理时间、降低处理成本是高级氧化法处理高浓度有机废水的关键。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种具有高效性的超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的设备，本发明解决的另一个技术问题是提供了用一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的设备，主要包括原水收集池、超声波臭氧处理池、pH调节池、微电解处理池、生物降解池、吸附过滤塔、净水池、废水处理装置和PLC自动控制器;所述超声波臭氧处理池上设置有膜组件、进水口一、出水口一，所述膜组件设置在超声波臭氧处理池进水口一与出水口一之间的位置，超声波臭氧处理池上端设置有超声波反应器，超声波臭氧处理池左侧下端设置有等离子臭氧发生器，超声波臭氧处理池右侧设置有回流装置;所述原水收集池通过导水管与进水口一连接，所述导水管上设置有抽水泵一，所述进水口一设置在超声波臭氧处理池的左侧中心偏下位置;所述出水口一通过导水管与pH调节池连接，所述导水管上设置有抽水泵二，所述出水口一设置在超声波臭氧处理池的右侧中心偏上位置;所述微电解处理池上设置有进水口二、出水口二、微电解调料区和搅拌装置，所述微电解调料区设置在微电解处理池内部中心偏下位置，所述进水口二设置在微电解调料区的左侧靠下端位置，所述搅拌装置设置在微电解处理池上端，所述出水口二设置在微电解处理池右侧中心靠上端位置;所述pH调节池通过导水管与进水口二连接，所述导水管上设置有抽水泵三;所述生物降解池包括pH调节区、温度调节区和SBR反应器区，所述pH调节区设置在生物降解池上端，pH调节区上设置有进水口三和pH调节装置，所述进水口三通过导水管与出水口二连接，所述导水管上设置有抽水泵四，所述温度调节区设置在pH调节区下方，温度调节区上设置有温度调节装置，所述SBR反应器区设置在温度调节区下方，SBR反应器区上设置有出水口三;所述吸附过滤塔包括滚动搅拌吸附区、微波杀菌区和精过滤区，所述滚动搅拌吸附区设置在吸附过滤塔上端部分，滚动搅拌吸附区上设置有进水口四，所述进水口四通过导水管与出水口三连接，所述导水管上设置有抽水泵五，所述微波杀菌区设置在吸附过滤塔中间部分，所述精过滤区设置在吸附过滤塔下端部分，搅拌吸附区与微波杀菌区之间、微波杀菌区和精过滤区之间都预留有缓冲区域，吸附过滤塔底部设置有出水口四，所述出水口四通过导水管与净水池连接;所述废水处理装置与超声波臭氧处理池的排水阀、pH调节池的排水阀、微电解处理池的排水阀、生物降解池的排水阀通过导水管连接;所述PLC自动控制器与设备所用电器装置通过导线连接。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：
一种超声波臭氧-微电解耦合降解工业有机废水的方法，包括以下步骤：
(1)超声波臭氧处理：将高浓度的有机工业废水引进超声波臭氧处理池，打开超声波反应器对废水进行振动降解，超声波振动频率为25-45KHZ，强度为8-15W/cm2，1-3min后打开等离子臭氧发生器向废水中鼓入等离子臭氧混合气进行曝气，气水体积比为2-3:1，30-60min后关闭所述超声波反应器和等离子臭氧发生器，得到前端处理废水;
(2)铁碳微电解处理：将所述前端处理废水在pH调节池调节至PH=3-4，得到酸性废水，将所述酸性废水引入到微电解处理池，使用搅拌装置将酸性废水与强化微电解填料以料液比为1:2-3充分混合搅拌，搅拌速率为20-80r/min，酸性废水停留时间为1-2h，得到中端处理废水;
(3)生物降解处理：将所述中端处理废水引入生物降解池中，通过pH调节装置调节PH=5.5-7，通过温度调节装置调节温度至30-32℃，然后通过SBR反应器区进行厌-好氧反应，厌氧阶段充入氮气曝气，时间为45-70min，好氧阶段充入空气曝气，时间为60-100min，以上两次所述的曝气流量为0.08-0.10m3/h，好氧阶段结束后加入150-200mg/L絮凝剂，沉淀静置，固液分离，得到上清液;
(4)废水净化处理：将所述上清液依次进入吸附过滤塔，通过滚动搅拌吸附区滚动搅拌15-25min，通过微波杀菌区微波杀菌消毒2-5min，通过精过滤区的精过滤设备精滤，得到净化水。
进一步地，步骤(1)等离子臭氧混合气是由等离子臭氧和空气混合而成，所述等离子臭氧来源于氧气瓶，等离子臭氧所占的体积百分比为15-35%，使用等离子臭氧渗透力增强，配合超声波振荡产生的微小气泡，可提高臭氧的利用率。
进一步地，步骤(1)所述曝气所用的曝气装置为氧化铝陶瓷曝气布气板，所述的氧化铝陶瓷曝气布气板位于所述超声波反应器的四周，孔径为3-4mm，孔隙率是80-90%，采用布气板孔隙密集，利于分散节约时间。
进一步地，步骤(2)所述的强化微电解填料由以下重量组分组成：400-450份海绵铁、350-400份炭分子筛、50-60份催化剂、5-8份粘合剂，海绵铁不仅杂质少且呈现孔隙结构，与碳分子筛一样具有一定吸附作用，催化剂的加入使得铁碳微电解反应更加容易，添加的粘合剂能将海绵铁、碳分子筛及催化剂紧密包裹，保证铁碳微电池能良好运作。
进一步的，步骤(2)所述的强化微电解填料的制备方法为：第一步先将制作粘结剂胶体，将所述粘结剂与水以料液体积比为1:30-50溶解，溶解步骤为先在容器中加入水，用搅拌器快速搅拌，同时缓慢、均匀、分散、批量加入所述重量组分的粘合剂，等水完全浸润粉末后搅拌均匀;第二步将海绵铁在5%的稀硫酸中浸泡15-25min，清水反复冲洗5-10min，得到活化海绵铁，所述重量组分的活化海绵铁、碳分子筛、催化剂均匀混合，期间批量、均匀喷洒所述粘结剂;第三步将以上组分混合物采用24目湿法制粒，将颗粒在70-80℃的环境中鼓风干燥1-3小时，将得到的干颗粒20目整粒，控制颗粒水分小于0.5%，即得强化微电解填料。
进一步地，所述强化微电解填料的表观密度为35-40%，堆积密度为50-55%，合理的表观密度和堆积密度能提高微电解的反应效率。
进一步地，所述的粘合剂优选的使用铁粉粘结剂粉末，粒径为80-100目，所述的催化剂为氯化钠和钙化合物以质量比为1:4-6的混合粉末，粒径为80-100目，氯化钠遇水电离出的氯离子和钠离子是良好的电解质，能够使催化剂的效果更加优良。
进一步的，步骤(2)所述的械搅拌装置可采用移动式涡轮翻转搅拌器，所述行走式涡轮翻转搅拌器运动路线为先“之”字型从左至右横向搅拌，到达底部后再“之”字型从下往上纵向搅拌，移动速率是1-2m/s，工作周期为30-40min，采用间歇全位的搅拌方式，既保证了铁碳微电池与废水充足的反应时间又解决了微电解填料板结的问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用利用超声波振荡产生的微小气泡和通过布气板输出的等离子臭氧对工业有机废水进行前端处理，微小气泡降低了水的表面张力，进一步加强了等离子臭氧的渗透力，进而避免臭氧的逸出，提高了臭氧的利用率。采用海绵铁和炭分子筛作为强化铁碳微电解填料，使用的催化剂添加了氯化钠作为反应电解质，提高了反应效率，使用具有一定的导电性能粘结剂混合造粒，加强海绵铁、碳分子筛和催化剂的接触面积和强度，促使微电解反应稳定进行。在使用过程中增加了移动式涡轮翻转搅拌器，采用间歇全位的搅拌方式，既保证了铁碳微电池与废水充足的反应时间又解决了微电解填料板结的问题。本发明处理效率高、原料利用率高、安全可靠。
