專利名稱：超聲波處理高濃度有機廢水的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超聲波水處理技術，具體是一種超聲波處理高濃度有機廢水的方法及裝置。
背景技術：
我國工業(yè)廢水排放量達數(shù)百億噸，主要分布在化工、冶金、煉焦、輕工、食品等行業(yè)，其中相當部分為高濃度難降解有機廢水，這些廢水因為含有毒有害大分子物質(zhì)而難以為生化方法去除。
目前處理高濃度有機廢水的方法有化學氧化法、溶劑萃取法、吸附法、焚燒法、光催化法、強化生化處理法等，這些方法成本均很高，每噸水運行費用達到數(shù)十元。高昂的費用使得大量高濃度難降解有機廢水得不到有效處理而排放，對環(huán)境造成了嚴重的污染。研究高濃度有機廢水的治理，完善其治理技術，是十分迫切的任務。
利用超聲波降解水中的化學污染物是近年來發(fā)展起來的一項新型水處理技術，它集高級氧化技術、焚燒、超臨界水氧化等多種水處理技術的特點于一身，具有反應條件溫和、速度快、適用范圍廣等特點。它可以單獨或與其他技術聯(lián)合使用，尤其適用于難降解的有機污染物，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 有機廢水處理中通常需要曝氣，由于空氣的溶解性很差，曝氣效率通常只有10％-20％，從而導致較高的電耗與氣耗，而曝氣效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)有機廢水處理技術的上述不足，提供一種超聲波處理高濃度有機廢水的方法和裝置。
本發(fā)明超聲波處理高濃度有機廢水的方法包括以下步驟a、將高濃度有機廢水輸入反應裝置的曝氣區(qū)，施加超聲波對廢水進行微曝氣；b、使曝氣后的廢水進入反應裝置的主反應區(qū)，施加超聲波進行超聲降解，同時通過超聲-原子態(tài)鐵耦合形成Fenton系統(tǒng)，進行Fenton降解；c、經(jīng)主反應區(qū)降解后的廢水進入反應裝置的混凝沉淀區(qū)，新生態(tài)鐵離子對廢水進行混凝處理，去除廢水中的懸浮物、色度、溴味，混凝后的水從混凝沉淀區(qū)側(cè)面的出水管排出，沉淀物從底部的排泥管排出。
上述步驟b中，曝氣后的廢水在主反應區(qū)進行超聲降解的方法為對輸入反應裝置主反應區(qū)的廢水進行超聲波輻照，超聲波的頻率范圍為20～300kHz，聲強范圍為0.1～10w/cm2，輻照時間為0.5～30分鐘。
上述步驟b中，曝氣后的廢水在主反應區(qū)進行Fenton降解的方法為原子態(tài)鐵在超聲波和氧氣的作用下，生成亞鐵離子；亞鐵離子在超聲波作用下分解過氧化氫，產(chǎn)生羥基自由基和鐵離子，形成Fenton系統(tǒng)；羥基自由基與廢水中的有機物發(fā)生氧化反應，實現(xiàn)對有機物的降解。
一種超聲波處理高濃度有機廢水的裝置，包括容器和控制器，所述容器內(nèi)腔從左到右依次設置曝氣區(qū)、至少一個主反應區(qū)和混凝沉淀區(qū)，曝氣區(qū)和主反應區(qū)底部均設置由控制器控制的若干超聲換能器，曝氣區(qū)一側(cè)設置進水管，混凝沉淀區(qū)一側(cè)設置出水管，混凝沉淀區(qū)底部設置排泥管。在所述容器的混凝沉淀區(qū)底部也可設置少量超聲換能器。
本發(fā)明利用柔性超聲波、曝氣、原子態(tài)鐵耦合，形成微曝氣—超聲—鐵—Fenton系統(tǒng)，可以快速、有效、穩(wěn)定的降低高濃度有機廢水的毒性，提高高濃度有機廢水的可生化性，甚至直接物化。其有益效果如下
1、利用超聲波的空化效應，使廢水中的有機物在熱點發(fā)生化學鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解、超臨界水氧化、自由基氧化等反應。這些效應加上聲場中的質(zhì)點振動、次級衍生波等為有機物提供了其他方法難以達到的多種降解途徑。
2、在超聲波與氧氣的作用下，原子態(tài)鐵快速形成亞鐵離子。亞鐵離子在超聲波下高效分解過氧化氫，形成Fenton系統(tǒng)，生成大量羥基自由基和鐵離子，避免了自結(jié)合對羥基自由基的消耗，大大的提高了超聲波的化學效應。同時新生態(tài)的鐵離子是高效混凝劑，可以快速去除廢水中的懸浮物、色度、溴味等。
3、超聲波的機械破碎效應可以將氣泡均勻破碎至微米級，從而極大的提高了曝氣效率，減少了電耗與氣耗。


圖1為本發(fā)明典型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1實施例正視示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例附圖做進一步說明。
如圖1、2所示超聲波處理高濃度有機廢水的裝置，包括不銹鋼容器2和超聲控制器10，容器2內(nèi)腔從左到右依次設置一個曝氣區(qū)4、兩個主反應區(qū)6和一個混凝沉淀區(qū)7，曝氣區(qū)4左側(cè)設置進水管1，混凝沉淀區(qū)7右側(cè)設置出水管9，混凝沉淀區(qū)7底部設置排泥管8。所述曝氣區(qū)4、主反應區(qū)6和混凝沉淀區(qū)7底部均設置由超聲控制器10控制的若干超聲換能器5，混凝沉淀區(qū)底部的超聲換能器數(shù)量少于曝氣區(qū)或主反應區(qū)底部的超聲換能器數(shù)量，混凝沉淀區(qū)超聲換能器設置較少可以保證水流平穩(wěn)。主反應區(qū)6與曝氣區(qū)4之間、兩個主反應區(qū)6之間、主反應區(qū)6與混凝沉淀區(qū)7之間均交錯設置鐵板3。
上述容器最好為不銹鋼容器，也可采用其它內(nèi)腐蝕的容器，以保證長期浸沒水中使用。超聲換能器可為壓電陶瓷片，防水處理。有機廢水處理過程中超聲波頻率、聲強以及輻照或處理時間的調(diào)整均由超聲控制器10自動完成，通常超聲波的頻率范圍為20～300kHz，聲強范圍為0.1～10w/cm2，輻照或處理時間可為0.5～30分鐘。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，運行穩(wěn)定。
上述曝氣區(qū)的底部設置有超聲換能器，廢水在曝氣區(qū)進行曝氣，超聲波的機械破碎效應可以將氣泡均勻破碎至微米級，形成微曝氣，極大地提高了曝氣效率，減少了電耗和氣耗。
下面說明采用圖1所示裝置對堿法草漿黑液的處理過程a、將高濃度堿法草漿黑液通過進水管1輸入不銹鋼容器2的曝氣區(qū)4，施加超聲波對該草漿黑液進行微曝氣，其中施加的超聲波頻率為20kHz、聲強為2w/cm2，超聲波曝氣時間為5分鐘。
也可采用頻率為200kHz、聲強為8w/cm2的超聲波，曝氣2分鐘。
b、曝氣后的堿法草漿黑液進入容器2的主反應區(qū)6，通過該區(qū)的超聲換能器5產(chǎn)生頻率為20kHz、聲強為2w/cm2超聲波，對主反應區(qū)6內(nèi)的堿法草漿黑液進行約10分鐘超聲波輻照，超聲波在水中引起空化，產(chǎn)生約4000K和100MPa的瞬間局部高溫高壓環(huán)境(熱點)，同時以約110m/s的速度產(chǎn)生具有強烈沖擊力的微射流和沖擊波。水分子在熱點達到超臨界狀態(tài)，并分解成羥基自由基、超氧基等，羥基自由基是目前所發(fā)現(xiàn)的最強的氧化劑。有機物在熱點發(fā)生化學鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解、超臨界水氧化、自由基氧化等反應。這些效應加上聲場中的質(zhì)點振動、次級衍生波等為有機物提供了其他方法難以達到的多種降解途徑，實現(xiàn)對有機物的超聲波降解；同時原子態(tài)鐵在超聲波和氧氣的作用下，快速生成亞鐵離子，亞鐵離子在超聲波作用下分解過氧化氫，產(chǎn)生羥基自由基和鐵離子，形成Fenton系統(tǒng)，羥基自由基與堿法草漿黑液中的有機物發(fā)生氧化反應，實現(xiàn)對有機物的Fenton降解。
對進入反應裝置主反應區(qū)的所述堿法草漿黑液進行超聲波輻照，也可采用頻率為250KHz、聲強為6w/cm2的超聲波，輻照5分鐘。
c、經(jīng)主反應區(qū)6降解后的堿法草漿黑液進入容器2的混凝沉淀區(qū)7，新生態(tài)鐵離子對混凝沉淀區(qū)7內(nèi)的堿法草漿黑液進行混凝處理，去除堿法草漿黑液中的懸浮物、色度、溴味等，混凝后的水從混凝沉淀區(qū)7右側(cè)的出水管9排出，沉淀物從混凝沉淀區(qū)7底部的排泥管8排出。
經(jīng)過上述方法對堿法草漿黑液處理后，堿法草漿黑液的綜合毒性明顯下降，可生化性提高50％，COD去除率提高30％。
權(quán)利要求
1.一種超聲波處理高濃度有機廢水的方法，其特征是包括以下步驟a、將高濃度有機廢水輸入反應裝置的曝氣區(qū)，施加超聲波對廢水進行微曝氣；b、使曝氣后的廢水進入反應裝置的主反應區(qū)，施加超聲波進行超聲降解，同時通過超聲-原子態(tài)鐵耦合形成Fenton系統(tǒng)，進行Fenton降解；c、經(jīng)主反應區(qū)降解后的廢水進入反應裝置的混凝沉淀區(qū)，新生態(tài)鐵離子對廢水進行混凝處理，混凝后的水從混凝沉淀區(qū)側(cè)面的出水管排出，沉淀物從底部的排泥管排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超聲波處理高濃度有機廢水的方法，其特征是步驟b中，曝氣后的廢水在主反應區(qū)進行超聲降解的方法是對進入反應裝置主反應區(qū)的所述廢水進行超聲波輻照，超聲波的頻率范圍為20～300KHz，聲強范圍為0.1～10w/cm2，輻照時間為0.5～30分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述超聲波處理高濃度有機廢水的方法，其特征是步驟b中，曝氣后的廢水在主反應區(qū)進行Fenton降解的方法如下原子態(tài)鐵在超聲波和氧氣的作用下，生成亞鐵離子；亞鐵離子在超聲波作用下分解過氧化氫，產(chǎn)生羥基自由基和鐵離子，形成Fenton系統(tǒng)；羥基自由基與廢水中的有機物發(fā)生氧化反應，實現(xiàn)對有機物的降解。
4.一種超聲波處理高濃度有機廢水的裝置，包括容器和控制器，其特征是所述容器內(nèi)腔從左到右依次設置曝氣區(qū)、至少一個主反應區(qū)和混凝沉淀區(qū)，曝氣區(qū)和主反應區(qū)底部均設置由控制器控制的若干超聲換能器，曝氣區(qū)一側(cè)設置進水管，混凝沉淀區(qū)一側(cè)設置出水管，混凝沉淀區(qū)底部設置排泥管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波處理高濃度有機廢水的裝置，其特征是在所述容器的混凝沉淀區(qū)底部設置超聲換能器，該超聲換能器數(shù)量少于曝氣區(qū)或主反應區(qū)底部的超聲換能器數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波處理高濃度有機廢水的裝置，其特征是所述容器為不銹鋼容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波處理高濃度有機廢水的裝置，其特征是所述曝氣區(qū)與主反應區(qū)之間、主反應區(qū)與混凝沉淀區(qū)之間均交錯設置鐵板。
全文摘要
一種超聲波處理高濃度有機廢水的方法，包括以下步驟a.將高濃度有機廢水輸入裝置的曝氣區(qū)，施加超聲波對廢水進行曝氣；b.曝氣后的廢水進入裝置的主反應區(qū)，進行超聲降解，同時通過超聲－原子態(tài)鐵耦合形成Fenton系統(tǒng)，進行Fenton降解；c.經(jīng)主反應區(qū)降解后的廢水進入裝置的混凝沉淀區(qū)，新生態(tài)鐵離子對廢水進行混凝處理，混凝后的水從混凝沉淀區(qū)側(cè)面的出水管排出，沉淀物從底部的排泥管排出。本發(fā)明利用柔性超聲波、曝氣、原子態(tài)鐵耦合，形成微曝氣－超聲－鐵－Fenton系統(tǒng)，可以快速、有效、穩(wěn)定的降低高濃度有機廢水的毒性，提高其的可生化性，甚至直接物化。
文檔編號C02F1/36GK1583587SQ20041002751
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者張光明, 張盼月, 馬伯志, 吳敏生 申請人:清華大學深圳研究生院