CN118561407A - 一种臭氧纳米微气泡污水处理系统及其污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种臭氧纳米微气泡污水处理系统及其污水处理方法，该系统包括臭氧发生器、溶气泵、臭氧催化反应器、深度反应器和尾气破坏器；臭氧发生器通过输气管与溶气泵第一进气口连接，溶气泵第一进水口连接进水管，用于引入废水；溶气泵第一出水口通过管路与臭氧催化反应器第二进水口连接，臭氧催化反应器第二出水口通过管路与深度反应器第三进水口连接，深度反应器第三出水口连接有排水管，深度反应器排气口通过排气管与尾气破坏器连接；输气管上设有输气支口，输气支口通过输气支管与深度反应器第二进气口连接。本发明能有效提高臭氧溶解度和传质速率，从而提升臭氧氧化速率和污水处理效率。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种臭氧纳米微气泡污水处理系统及其污水处理方法。
背景技术
随着臭氧发生技术的发展，水处理要求的提高，臭氧应用的经济性得到了很大提高，臭氧强氧化性和高氧化速率的特点使其在水处理领域得到了越来越广泛的应用。
臭氧在水处理中具有多重作用，使用过程受单元的处理目标和水质特点影响。臭氧主要作用包括：消毒，杀菌，去除饮用水中微污染物；预氧化，提高水质生化性；去除色度和气味；深度处理废水，氧化有毒机物/无机物；水质调节。
臭氧催化氧化技术可以通过催化剂的作用将水溶液中的臭氧转化为具有更高氧化电位的羟基自由基（•OH），•OH近乎无选择性的与大多数有机物发生反应，并且反应速率在106~1010 M-1•s-1之间，比臭氧与有机物反应速率高近7个数量级，克服单独臭氧氧化的缺点，从而变成更有实用价值的新型高级氧化技术。但是臭氧催化氧化技术目前存在的一个问题是臭氧在水中溶解度低，传质速率慢，污水处理效率不理想。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种臭氧纳米微气泡污水处理系统及其污水处理方法，本发明能有效提高臭氧溶解度和传质速率，从而提升臭氧氧化速率和污水处理效率。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种臭氧纳米微气泡污水处理系统，包括臭氧发生器、溶气泵、臭氧催化反应器、深度反应器和尾气破坏器。
所述溶气泵具有第一进水口、第一进气口和第一出水口；臭氧催化反应器的下部侧壁设有第二进水口，上部侧壁设有第二出水口，所述臭氧催化反应器内设有催化剂；深度反应器的下部侧壁设有第三进水口和第二进气口，上部侧壁设有第三出水口，顶部设有排气口。
臭氧发生器通过输气管与溶气泵第一进气口连接，溶气泵第一进水口连接进水管，用于引入废水；溶气泵第一出水口通过管路与臭氧催化反应器第二进水口连接，臭氧催化反应器第二出水口通过管路与深度反应器第三进水口连接，深度反应器第三出水口连接有排水管，深度反应器排气口通过排气管与尾气破坏器连接；输气管上设有输气支口，输气支口通过输气支管与深度反应器第二进气口连接。
进一步地，沿气体流向，输气管上依次设有臭氧浓度检测器、第一压力表和气体流量控制机构，所述输气支口设于第一压力表和气体流量控制机构之间；所述气体流量控制机构由气体流量控制器和气体压力变送器组成，用于调节臭氧进气量。
进一步地，沿气体流向，输气支管上设有压力容器罐和第二压力表。
进一步地，所述臭氧催化反应器上部侧壁设有第四出水口，下部侧壁设有回流进口，第四出水口和回流进口通过第一回流管连通，沿水流方向，在第一回流管上依次设有第一止回阀、第一闸阀和第一循环泵。
进一步地，深度反应器上部侧壁设有第五出水口，所述第五出水口通过第二回流管与进水管连通，沿水流方向，在第二回流管上依次设有第二止回阀、第二闸阀和第二循环泵。
进一步地，所述催化剂由催化剂基体和活性组分组成，所述催化剂基体为γ-Al2O3，所述的活性组分为金属氧化物，所述金属为Ni、Mn、Fe、Cu和Ce中的一种或多种。
进一步地，所述深度反应器的高度为10~15 m。
一种臭氧纳米微气泡污水处理方法，采用前面所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理系统处理污水，具体为：
废水和臭氧发生器产生的臭氧进入溶气泵充分混合形成溶气水，然后进入臭氧催化反应器中，溶气水中的臭氧释放形成臭氧纳米微气泡，并在催化剂的作用下大部分臭氧生成大量的羟基自由基，从而将水中大分子物质氧化成小分子物质；臭氧催化反应器的出水进入深度反应器内，水体中的臭氧和臭氧发生器产生的臭氧进入深度反应器通过控制深度反应器液位控制臭氧气泡大小，使得臭氧气泡转换成臭氧微纳米气泡，臭氧纳米微气泡因自身收缩破裂生成羟基自由基，进而将进入深度反应器的小分子物质直接氧化分解去除。
进一步地，废水和臭氧在溶气泵混合后，气水比为15%~25%。
进一步地，臭氧纳米微气泡的尺寸为10~50μm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明使用溶气泵混合废水和臭氧，可以使得废水和臭氧充分混合溶解形成溶气水，然后进入臭氧催化反应器中，溶气水中的臭氧释放形成臭氧纳米微气泡，臭氧纳米微气泡的直径小，具有较高的内压和快速的传质速率，从而可以提高废水中臭氧的溶解度，同时，因微气泡内部压力大，表面带负电荷，具有较高的ζ电位，增强气泡界面的吸附性能，使其在臭氧催化反应器中稳定缓慢上升，然后在催化剂的作用下，大部分臭氧分解形成羟基自由基，从而将废水中的大分子物质氧化分解成小分子物质；接着进入深度反应器，在深度反应器内，由臭氧发生器进入深度反应器的臭氧可在深度反应器内产生气泡，通过水位的抬升，外部水压的增大，从而可以将进入臭氧反应器内的臭氧气泡以及臭氧催化反应器出水中的剩余部分臭氧转换成臭氧纳米微气泡，臭氧纳米微气泡因自身收缩破裂可产生大量羟基自由基，从而将进入深度反应器的小分子物质直接氧化分解去除。
2、本发明能有效提高臭氧溶解度和传质速率，从而提升臭氧氧化速率和污水处理效率，同时，本发明所述污水处理系统运行控制操作简单、污水处理效率高，具有广泛推广应用价值。
附图说明
图1-本发明所述污水处理系统的示意图。
其中：1-臭氧发生器；2-溶气泵；3-臭氧催化反应器；4-深度反应器；5-尾气破坏器；6-臭氧浓度检测器；7-第一压力表；8-气体流量控制机构；9-压力容器罐；10-第二压力表；11-第一止回阀；12-第一闸阀；13-第一循环泵；14-第二止回阀；15-第二闸阀；16-第二循环泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参见图1，一种臭氧纳米微气泡污水处理系统，包括臭氧发生器1、溶气泵2、臭氧催化反应器3、深度反应器4和尾气破坏器5。
所述溶气泵2具有第一进水口、第一进气口和第一出水口；臭氧催化反应器3的下部侧壁设有第二进水口，上部侧壁设有第二出水口，所述臭氧催化反应器3内设有催化剂；深度反应器4的下部侧壁设有第三进水口和第二进气口，上部侧壁设有第三出水口，顶部设有排气口；
臭氧发生器1通过输气管与溶气泵2第一进气口连接，溶气泵2第一进水口连接进水管，用于引入废水；溶气泵2第一出水口通过管路与臭氧催化反应器3第二进水口连接，臭氧催化反应器3第二出水口通过管路与深度反应器4第三进水口连接，深度反应器4第三出水口连接有排水管，深度反应器4排气口通过排气管与尾气破坏器5连接；输气管上设有输气支口，输气支口通过输气支管与深度反应器4第二进气口连接。
这里，溶气泵通过高速旋转的泵叶轮可将进入泵体内的废水和臭氧充分搅拌混合，泵内加压混合使得臭氧和液体充分混合形成溶气水，然后进入臭氧催化反应器中，溶气水中的臭氧释放形成臭氧纳米微气泡，臭氧纳米微气泡的直径小，具有较高的内压和快速的传质速率，从而可以提高废水中臭氧的溶解度，同时，因微气泡内部压力大，表面带负电荷，具有较高的ζ电位，增强气泡界面的吸附性能，使其在臭氧催化反应器中稳定缓慢上升，然后在催化剂的作用下，大部分臭氧分解形成羟基自由基，从而将废水中的大分子物质氧化分解成小分子物质；接着进入深度反应器，在深度反应器内，由臭氧发生器进入深度反应器的臭氧可在深度反应器内产生气泡，通过水位的抬升，外部水压的增大，从而可以将进入臭氧反应器内的臭氧气泡转换成臭氧纳米微气泡，臭氧纳米微气泡因自身收缩破裂可产生大量羟基自由基，从而将进入深度反应器的小分子物质直接氧化分解去除。
本实施例中采用的臭氧发生器使用市场上常见介质放电的方式制备，放电间隙通16~17kv高压交流电，使得氧气受高能电压获得能量，发生互相碰撞形成臭氧，功率在20~40kw。氧气的纯度为99%，氧气的流量为200~1000 mL/min。
深度反应器底部设有曝气装置深度反应器内的曝气装置与输气支管连接，从而使得臭氧发生器产生的臭氧经曝气装置后进入深度反应器内。
具体实施时，沿气体流向，输气管上依次设有臭氧浓度检测器6、第一压力表7和气体流量控制机构8，所述输气支口设于第一压力表7和气体流量控制机构8之间；所述气体流量控制机构8由气体流量控制器和气体压力变送器组成，便于根据溶气泵进出水压力、流量和气体压力自动调节溶气泵的进气量，在保证污水处理效果的同时减少臭氧的浪费；臭氧浓度检测器用于实时检测臭氧浓度变化，研究表明臭氧浓度需控制在45~65 mg/（LQmin）。
具体实施时，沿气体流向，输气支管上设有压力容器罐9和第二压力表10。
具体实施时，所述臭氧催化反应器3上部侧壁设有第四出水口，下部侧壁设有回流进口，第四出水口和回流进口通过第一回流管连通，沿水流方向，在第一回流管上依次设有第一止回阀11、第一闸阀12和第一循环泵13。
具体实施时，深度反应器4上部侧壁设有第五出水口，所述第五出水口通过第二回流管与进水管连通，沿水流方向，在第二回流管上依次设有第二止回阀14、第二闸阀15和第二循环泵16。
具体实施时，所述催化剂由催化剂基体和活性组分组成，所述催化剂基体为γ-Al2O3，所述的活性组分为金属氧化物，所述金属为Ni、Mn、Fe、Cu和Ce中的一种或多种。
在实际应用时，催化剂最好为粒径在2~5μm左右的粉末状，这样利于提高催化剂的比表面积，从而有利于提高臭氧纳米微气泡催化氧化反应效率。
具体实施时，所述深度反应器的高度为10~15 m。这样可以使得深度反应器内的臭氧纳米微气泡受周围压力的挤压保持纳米微气泡的形态缓慢上升，从而可以增加反应时间。
一种臭氧纳米微气泡污水处理方法，采用前面所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理系统处理污水，具体为：
废水和臭氧发生器产生的臭氧进入溶气泵充分混合形成溶气水，然后进入臭氧催化反应器，溶气水中的臭氧释放形成臭氧微纳米气泡，并在催化剂的作用下大部分臭氧生成大量的羟基自由基，从而将水中大分子物质氧化成小分子物质；臭氧催化反应器的出水进入深度反应器内，水体中的臭氧和臭氧发生器产生的臭氧进入深度反应器后，通过控制深度反应器液位控制臭氧气泡大小，使得臭氧气泡转换成臭氧微纳米气泡，臭氧纳米微气泡因自身收缩破裂生成羟基自由基，进而将进入深度反应器的小分子物质直接氧化分解去除。
具体实施时，废水和臭氧在溶气泵混合后，气水比为15%~25%。
具体实施时，臭氧纳米微气泡的尺寸为10~50μm。在污水处理过程中，需严格控制臭氧纳米微气泡尺寸，如果气泡过大，会限制气液界面的数量，降低了气体在液体中的传质效率，降低了气体的溶解速率，影响了催化反应的进行；同时无法有效地携带悬浮在水中的固体颗粒，影响了气泡在悬浮物处理中的效果；此外，形成大气泡所需的能量较大，可能导致能耗增加。如果气泡过小，无法有效地携带悬浮在水中的固体颗粒，影响了气泡在悬浮物处理中的效果；并且微小气泡在液体中的存在时间可能较短，限制了其在催化反应中的作用时间。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种臭氧纳米微气泡污水处理系统，其特征在于，包括臭氧发生器、溶气泵、臭氧催化反应器、深度反应器和尾气破坏器；
所述溶气泵具有第一进水口、第一进气口和第一出水口；臭氧催化反应器的下部侧壁设有第二进水口，上部侧壁设有第二出水口，所述臭氧催化反应器内设有催化剂；深度反应器的下部侧壁设有第三进水口和第二进气口，上部侧壁设有第三出水口，顶部设有排气口；
臭氧发生器通过输气管与溶气泵第一进气口连接，溶气泵第一进水口连接进水管，用于引入废水；溶气泵第一出水口通过管路与臭氧催化反应器第二进水口连接，臭氧催化反应器第二出水口通过管路与深度反应器第三进水口连接，深度反应器第三出水口连接有排水管，深度反应器排气口通过排气管与尾气破坏器连接；输气管上设有输气支口，输气支口通过输气支管与深度反应器第二进气口连接。
2.根据权利要求1所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理系统，其特征在于，沿气体流向，输气管上依次设有臭氧浓度检测器、第一压力表和气体流量控制机构，所述输气支口设于第一压力表和气体流量控制机构之间；所述气体流量控制机构由气体流量控制器和气体压力变送器组成，用于调节臭氧进气量。
3.根据权利要求2所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理系统，其特征在于，沿气体流向，输气支管上设有压力容器罐和第二压力表。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理系统，其特征在于，所述臭氧催化反应器上部侧壁设有第四出水口，下部侧壁设有回流进口，第四出水口和回流进口通过第一回流管连通，沿水流方向，在第一回流管上依次设有第一止回阀、第一闸阀和第一循环泵。
5.根据权利要求4所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理系统，其特征在于，深度反应器上部侧壁设有第五出水口，所述第五出水口通过第二回流管与进水管连通，沿水流方向，在第二回流管上依次设有第二止回阀、第二闸阀和第二循环泵。
6.根据权利要求1所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理系统，其特征在于，所述催化剂由催化剂基体和活性组分组成，所述催化剂基体为γ-Al2O3，所述的活性组分为金属氧化物，所述金属为Ni、Mn、Fe、Cu和Ce中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理系统，其特征在于，所述深度反应器的高度为10~15 m。
8.一种臭氧纳米微气泡污水处理方法，其特征在于，采用权利要求1~7任一所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理系统处理污水，具体为：
废水和臭氧发生器产生的臭氧进入溶气泵充分混合形成溶气水，然后进入臭氧催化反应器中，溶气水中的臭氧释放形成臭氧纳米微气泡，并在催化剂的作用下大部分臭氧生成大量的羟基自由基，从而将水中大分子物质氧化成小分子物质；臭氧催化反应器的出水进入深度反应器内，水体中的臭氧和臭氧发生器产生的臭氧进入深度反应器通过控制深度反应器液位控制臭氧气泡大小，使得臭氧气泡转换成臭氧微纳米气泡，臭氧纳米微气泡因自身收缩破裂生成羟基自由基，进而将进入深度反应器的小分子物质直接氧化分解去除。
9.根据权利要求8所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理方法，其特征在于，废水和臭氧在溶气泵混合后，气水比为15%~25%。
10.根据权利要求8所述的一种臭氧纳米微气泡污水处理方法，其特征在于，臭氧纳米微气泡的尺寸为10~50μm。
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| CN (1) | CN118561407A (zh) |
-
2024
- 2024-07-16 CN CN202410950786.7A patent/CN118561407A/zh active Pending
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