公布日：2023.10.31
申請日：2022.04.19
分類號：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，通過在文丘里反應器的進流收縮管段設置曝氣設備，在文丘里反應器的出流擴張管段設置超聲波發生器，以及在文丘里反應器的出口后設置光催化反應床，借此，利用曝氣設備對高濃度廢水先曝氣形成富氧廢水，再通過超聲波發生器及光催化反應床對富氧廢水進行超聲波與光催化劑的協同作用，實現提供一種組合型、結構緊湊、運行成本低、基于高效氧化法的廢水處理裝置，解決現有廢水處理設備結構復雜、體積大、氧化處理時受傳質影響大、自由基活性有效時間短、處理效率低、運行費用高等問題。
權利要求書
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：文丘里反應器，成形有進流收縮管段、出流擴張管段及連通所述進流收縮管段及所述出流擴張管段的轉接平行管段；所述進流收縮管段與所述出流擴張管段的末端分別設有所述文丘里反應器的入口及出口；曝氣設備，設于所述進流收縮管段的內部，以朝向所述高濃度廢水進行曝氣；超聲波發生器，設于所述出流擴張管段，并朝向流至所述出流擴張管段的廢水輸出超聲波；光催化反應床，設于所述文丘里反應器的出口處，所述光催化反應床包括間隔設置的反應床及光照套管；所述反應床成形為蜂窩結構，所述蜂窩結構界定形成多個流道，所述流道的內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器的入口輸入至所述進流收縮管段進行曝氣形成富氧廢水，所述富氧廢水流經所述轉接平行管段進入所述出流擴張管段，所述富氧廢水在文丘里效應和超聲波的耦合作下產生高溫高壓空化泡，以裂解廢水中的污染物并生成小分子產物和活性自由基；所述廢水及其中的小分子產物和活性自由基進入所述光催化反應床，所述小分子產物和所述活性自由基經光催化反應而裂解形成穩定的礦化產物，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器的出口輸出。
2.根據權利要求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：所述曝氣設備包括至少一環形管設于所述進流收縮管段的內壁，所述環形管上布設有若干曝氣噴頭，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.根據權利要求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：所述曝氣設備包括至少二所述環形管，所述環形管分別定義為一級曝氣管及二級曝氣管，所述一級曝氣管設于所述進流收縮管段與所述文丘里反應器的入口鄰接的內壁上，所述二級曝氣管設于所述進流收縮管段與所述轉接平行管段鄰接的內壁上。
4.根據權利要求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：所述曝氣設備另包括至少二環形管設于所述出流擴張管段的內部，所述至少二環形管分別定義為三級曝氣管及補充曝氣管，所述三級曝氣管靠近所述轉接平行管段地設于所述出流擴張管段的內壁上，所述補充曝氣管靠近所述文丘里反應器的出口地設于所述出流擴張管段的內壁上。
5.根據權利要求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，另一端與各所述環形管連通；令所述壓縮氣體被加壓后流經所述輸氣管及所述環形管并從所述曝氣噴頭曝氣至所述高濃度廢水中。
6.根據權利要求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：所述轉接平行管段的上部設有入口排氣管，且所述出流擴張管段的上部在對應所述文丘里反應器的出口處設有出口排氣管。
7.根據權利要求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：所述光催化反應床的光催化劑按重量分數計包括，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和為100份。
8.根據權利要求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，按質量份計包括，鈦的氧化物，20-50份，鎢的氧化物，25-40份，鉍的氧化物，25-40份；所述鈰鋯固熔體購買于中國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，按純金屬質量計，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份檸檬酸進行絡合成膠體。
9.根據權利要求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.根據權利要求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：所述文丘里反應器的出口通過輸送管與絮凝反應池連接，令所述低濃度廢水通過所述輸送管輸送至所述絮凝反應池進行絮凝反應。
發明內容
鑒于上述情況，本發明提供一種超聲波緊耦合高效氧化法廢水處理裝置，通過在文丘里反應器的進流收縮管段設置曝氣設備，在文丘里反應器的出流擴張管段設置超聲波發生器，以及在文丘里反應器的出口后設置光催化反應床，借此，利用曝氣設備對高濃度廢水先曝氣形成富氧廢水，再通過超聲波發生器及光催化反應床對富氧廢水進行超聲波與光催化劑的協同作用，實現提供一種組合型、結構緊湊、運行成本低、基于高效氧化法的廢水處理裝置，解決現有廢水處理設備結構復雜、體積大、氧化處理時受傳質影響大、自由基活性有效時間短、處理效率低、運行費用高等問題。
為實現上述目的，本發明采取的技術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：文丘里反應器，成形有進流收縮管段、出流擴張管段及連通所述進流收縮管段及所述出流擴張管段的轉接平行管段；所述進流收縮管段與所述出流擴張管段的末端分別設有所述文丘里反應器的入口及出口；曝氣設備，設于所述進流收縮管段的內部，以朝向所述高濃度廢水進行曝氣；超聲波發生器，設于所述出流擴張管段，并朝向流至所述出流擴張管段的廢水輸出超聲波；光催化反應床，設于所述文丘里反應器的出口處，所述光催化反應床包括間隔設置的反應床及光照套管；所述反應床成形為蜂窩結構，所述蜂窩結構界定形成多個流道，所述流道的內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器的入口輸入至所述進流收縮管段進行曝氣形成富氧廢水，所述富氧廢水流經所述轉接平行管段進入所述出流擴張管段，所述富氧廢水在文丘里效應和超聲波的耦合作用下產生高溫高壓空化泡，以裂解廢水中的污染物并生成小分子產物和活性自由基；所述廢水及其中的小分子產物和活性自由基進入所述光催化反應床，所述小分子產物和所述活性自由基經光催化反應而裂解形成穩定的礦化產物，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器的出口輸出。
本發明廢水處理裝置的進一步改進在于，所述曝氣設備包括至少一環形管設于所述進流收縮管段的內壁，所述環形管上布設有若干曝氣噴頭，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。
本發明廢水處理裝置的更進一步改進在于，所述曝氣設備包括二所述環形管并分別定義為一級曝氣管及二級曝氣管，所述一級曝氣管設于所述進流收縮管段與所述文丘里反應器的入口鄰接的內壁上，所述二級曝氣管設于所述進流收縮管段與所述轉接平行管段鄰接的內壁上。
本發明廢水處理裝置的更進一步改進在于，所述曝氣設備另包括二環形管設于所述出流擴張管段的內部，所述二環形管分別定義為三級曝氣管及補充曝氣管，所述三級曝氣管靠近所述轉接平行管段地設于所述出流擴張管段的內壁上，所述補充曝氣管靠近所述文丘里反應器的出口地設于所述出流擴張管段的內壁上。
本發明廢水處理裝置的更進一步改進在于，所述曝氣設備還包括輸氣管，所述輸氣管的一端供輸入壓縮氣體，另一端與各所述環形管連通；令所述壓縮氣體被加壓后流經所述輸氣管及所述環形管并從所述曝氣噴頭曝氣至所述高濃度廢水中。
本發明廢水處理裝置的進一步改進在于，所述轉接平行管段的上部設有入口排氣管，且所述出流擴張管段的上部在對應所述文丘里反應器的出口處設有出口排氣管。
本發明廢水處理裝置的進一步改進在于，所述光催化反應床的光催化劑按重量分數計包括，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和為100份。
本發明廢水處理裝置的更進一步改進在于，所述光催化材料的成分，按質量份計包括，鈦的氧化物，20-50份，鎢的氧化物，25-40份，鉍的氧化物，25-40份；所述鈰鋯固熔體購買于中國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，按純金屬質量計，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份檸檬酸進行絡合成膠體。
本發明廢水處理裝置的進一步改進在于，所述光照套管的光照燈源選自普通光、紫外光或其組合。
本發明廢水處理裝置的進一步改進在于，所述文丘里反應器的出口通過輸送管與絮凝反應池連接，令所述低濃度廢水通過所述輸送管輸送至所述絮凝反應池進行絮凝反應。
本發明由于采用了以上技術方案，使其具有以下有益效果：
(1)本發明采用文丘里反應器，在其入口處安裝曝氣設備，對需凈化處理的廢水進行及時有效的曝氣，極大增加廢水中的溶解氧濃度，極大地簡化了廢水處理設備的結構和體積，使曝氣針對性更強、曝氣更直接和充分、效率更高。
(2)本發明利用文丘里效應-超聲波耦合氧化分解廢水中的污染物。本發明在文丘里反應器的出流擴張管段(出口端)外部安裝超聲波發生器，使含有大量溶解氧的廢水在經過文丘里反應器的出流擴張管段時，在出口端形成負壓，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，發生裂解產生自由基，引發鏈式反應，使污染物不斷降解生成小分子自由基。
(3)本發明通過在文丘里反應器的出口處設置光催化反應床進行高效光催化。本發明使用的光催化劑通過涂布在呈現多孔蜂窩結構的反應床的流道內壁上，與反應床制備成為一體式結構。此外，光催化劑涂覆固定在蜂窩結構上，改變了光催化劑以粉體使用的方式；本發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，因此，光催化劑本身可固定在載體骨架(蜂窩結構反應床)上，同時提供更大的比表面積，有利于污染物在光催化劑上吸附-脫附順利進行，促進污染物的化學反應，光催化劑不用進行分離和二次回收，減少光催化劑的再生和損失。
(4)本發明采用文丘里效應耦合超聲波-光效催化相協同的技術方案，具有反應速度快、效率高、設備體積小等特點。
(5)本發明利用超聲波耦合協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合紫外線的殺毒作用，同時可對水體中的微生物、細菌和藻類進行滅活分解而除去。
(6)本發明的廢水處理裝置，可根據廢水量的大小，選擇連續式或間歇式運行，達到設備靈活配置的目的。
（發明人：石江潭）
