公布日：2023.10.31
申请日：2022.04.19
分类号：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
本发明提供一种超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，通过在文丘里反应器的进流收缩管段设置曝气设备，在文丘里反应器的出流扩张管段设置超声波发生器，以及在文丘里反应器的出口后设置光催化反应床，借此，利用曝气设备对高浓度废水先曝气形成富氧废水，再通过超声波发生器及光催化反应床对富氧废水进行超声波与光催化剂的协同作用，实现提供一种组合型、结构紧凑、运行成本低、基于高效氧化法的废水处理装置，解决现有废水处理设备结构复杂、体积大、氧化处理时受传质影响大、自由基活性有效时间短、处理效率低、运行费用高等问题。
权利要求书
1.一种超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，其特征在于，包括：文丘里反应器，成形有进流收缩管段、出流扩张管段及连通所述进流收缩管段及所述出流扩张管段的转接平行管段；所述进流收缩管段与所述出流扩张管段的末端分别设有所述文丘里反应器的入口及出口；曝气设备，设于所述进流收缩管段的内部，以朝向所述高浓度废水进行曝气；超声波发生器，设于所述出流扩张管段，并朝向流至所述出流扩张管段的废水输出超声波；光催化反应床，设于所述文丘里反应器的出口处，所述光催化反应床包括间隔设置的反应床及光照套管；所述反应床成形为蜂窝结构，所述蜂窝结构界定形成多个流道，所述流道的内壁上涂布有光催化剂；借此，令高浓度废水自所述文丘里反应器的入口输入至所述进流收缩管段进行曝气形成富氧废水，所述富氧废水流经所述转接平行管段进入所述出流扩张管段，所述富氧废水在文丘里效应和超声波的耦合作下产生高温高压空化泡，以裂解废水中的污染物并生成小分子产物和活性自由基；所述废水及其中的小分子产物和活性自由基进入所述光催化反应床，所述小分子产物和所述活性自由基经光催化反应而裂解形成稳定的矿化产物，所述高浓度废水被处理后形成低浓度废水并由所述文丘里反应器的出口输出。
2.根据权利要求1所述的超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，其特征在于：所述曝气设备包括至少一环形管设于所述进流收缩管段的内壁，所述环形管上布设有若干曝气喷头，所述若干曝气喷头的曝气方向与水流方向之间具有0～30°的夹角角度。
3.根据权利要求2所述的超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，其特征在于：所述曝气设备包括至少二所述环形管，所述环形管分别定义为一级曝气管及二级曝气管，所述一级曝气管设于所述进流收缩管段与所述文丘里反应器的入口邻接的内壁上，所述二级曝气管设于所述进流收缩管段与所述转接平行管段邻接的内壁上。
4.根据权利要求3所述的超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，其特征在于：所述曝气设备另包括至少二环形管设于所述出流扩张管段的内部，所述至少二环形管分别定义为三级曝气管及补充曝气管，所述三级曝气管靠近所述转接平行管段地设于所述出流扩张管段的内壁上，所述补充曝气管靠近所述文丘里反应器的出口地设于所述出流扩张管段的内壁上。
5.根据权利要求2所述的超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，其特征在于：所述曝气设备还包括输气管，所述输气管的一端供输入压缩气体，另一端与各所述环形管连通；令所述压缩气体被加压后流经所述输气管及所述环形管并从所述曝气喷头曝气至所述高浓度废水中。
6.根据权利要求1所述的超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，其特征在于：所述转接平行管段的上部设有入口排气管，且所述出流扩张管段的上部在对应所述文丘里反应器的出口处设有出口排气管。
7.根据权利要求1所述的超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，其特征在于：所述光催化反应床的光催化剂按重量分数计包括，光催化材料，30至55份；铈锆固熔体，15至20份；混合镧镨，5至10份；聚铝，15至25份；硅镁氧化物，10至15份；水，40至60份；其中，光催化材料、铈锆固熔体、混合镧镨、聚铝和硅镁氧化物的份数和为100份。
8.根据权利要求7所述的超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，其特征在于：所述光催化材料的成分，按质量份计包括，钛的氧化物，20-50份，钨的氧化物，25-40份，铋的氧化物，25-40份；所述铈锆固熔体购买于中国有色金属研究院及上海跃龙公司；所述混合镧镨的制备方法包括，取镧和镨的氯酸盐或硝酸盐，按纯金属质量计，镧20-40份、镨20-60，混合后溶于100份水中；所述聚铝的制备方法包括，取氢氧化铝70-100份，加入尿素2-10份，然后加热保持微沸，再加入5-15份柠檬酸进行络合成胶体。
9.根据权利要求1所述的超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，其特征在于：所述光照套管的光照灯选自普通光、紫外光或其组合。
10.根据权利要求1所述的超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，其特征在于：所述文丘里反应器的出口通过输送管与絮凝反应池连接，令所述低浓度废水通过所述输送管输送至所述絮凝反应池进行絮凝反应。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供一种超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，通过在文丘里反应器的进流收缩管段设置曝气设备，在文丘里反应器的出流扩张管段设置超声波发生器，以及在文丘里反应器的出口后设置光催化反应床，借此，利用曝气设备对高浓度废水先曝气形成富氧废水，再通过超声波发生器及光催化反应床对富氧废水进行超声波与光催化剂的协同作用，实现提供一种组合型、结构紧凑、运行成本低、基于高效氧化法的废水处理装置，解决现有废水处理设备结构复杂、体积大、氧化处理时受传质影响大、自由基活性有效时间短、处理效率低、运行费用高等问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是提供一种超声波紧耦合高效氧化法废水处理装置，包括：文丘里反应器，成形有进流收缩管段、出流扩张管段及连通所述进流收缩管段及所述出流扩张管段的转接平行管段；所述进流收缩管段与所述出流扩张管段的末端分别设有所述文丘里反应器的入口及出口；曝气设备，设于所述进流收缩管段的内部，以朝向所述高浓度废水进行曝气；超声波发生器，设于所述出流扩张管段，并朝向流至所述出流扩张管段的废水输出超声波；光催化反应床，设于所述文丘里反应器的出口处，所述光催化反应床包括间隔设置的反应床及光照套管；所述反应床成形为蜂窝结构，所述蜂窝结构界定形成多个流道，所述流道的内壁上涂布有光催化剂；借此，令高浓度废水自所述文丘里反应器的入口输入至所述进流收缩管段进行曝气形成富氧废水，所述富氧废水流经所述转接平行管段进入所述出流扩张管段，所述富氧废水在文丘里效应和超声波的耦合作用下产生高温高压空化泡，以裂解废水中的污染物并生成小分子产物和活性自由基；所述废水及其中的小分子产物和活性自由基进入所述光催化反应床，所述小分子产物和所述活性自由基经光催化反应而裂解形成稳定的矿化产物，所述高浓度废水被处理后形成低浓度废水并由所述文丘里反应器的出口输出。
本发明废水处理装置的进一步改进在于，所述曝气设备包括至少一环形管设于所述进流收缩管段的内壁，所述环形管上布设有若干曝气喷头，所述若干曝气喷头的曝气方向与水流方向之间具有0～30°的夹角角度。
本发明废水处理装置的更进一步改进在于，所述曝气设备包括二所述环形管并分别定义为一级曝气管及二级曝气管，所述一级曝气管设于所述进流收缩管段与所述文丘里反应器的入口邻接的内壁上，所述二级曝气管设于所述进流收缩管段与所述转接平行管段邻接的内壁上。
本发明废水处理装置的更进一步改进在于，所述曝气设备另包括二环形管设于所述出流扩张管段的内部，所述二环形管分别定义为三级曝气管及补充曝气管，所述三级曝气管靠近所述转接平行管段地设于所述出流扩张管段的内壁上，所述补充曝气管靠近所述文丘里反应器的出口地设于所述出流扩张管段的内壁上。
本发明废水处理装置的更进一步改进在于，所述曝气设备还包括输气管，所述输气管的一端供输入压缩气体，另一端与各所述环形管连通；令所述压缩气体被加压后流经所述输气管及所述环形管并从所述曝气喷头曝气至所述高浓度废水中。
本发明废水处理装置的进一步改进在于，所述转接平行管段的上部设有入口排气管，且所述出流扩张管段的上部在对应所述文丘里反应器的出口处设有出口排气管。
本发明废水处理装置的进一步改进在于，所述光催化反应床的光催化剂按重量分数计包括，光催化材料，30至55份；铈锆固熔体，15至20份；混合镧镨，5至10份；聚铝，15至25份；硅镁氧化物，10至15份；水，40至60份；其中，光催化材料、铈锆固熔体、混合镧镨、聚铝和硅镁氧化物的份数和为100份。
本发明废水处理装置的更进一步改进在于，所述光催化材料的成分，按质量份计包括，钛的氧化物，20-50份，钨的氧化物，25-40份，铋的氧化物，25-40份；所述铈锆固熔体购买于中国有色金属研究院及上海跃龙公司；所述混合镧镨的制备方法包括，取镧和镨的氯酸盐或硝酸盐，按纯金属质量计，镧20-40份、镨20-60，混合后溶于100份水中；所述聚铝的制备方法包括，取氢氧化铝70-100份，加入尿素2-10份，然后加热保持微沸，再加入5-15份柠檬酸进行络合成胶体。
本发明废水处理装置的进一步改进在于，所述光照套管的光照灯源选自普通光、紫外光或其组合。
本发明废水处理装置的进一步改进在于，所述文丘里反应器的出口通过输送管与絮凝反应池连接，令所述低浓度废水通过所述输送管输送至所述絮凝反应池进行絮凝反应。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
(1)本发明采用文丘里反应器，在其入口处安装曝气设备，对需净化处理的废水进行及时有效的曝气，极大增加废水中的溶解氧浓度，极大地简化了废水处理设备的结构和体积，使曝气针对性更强、曝气更直接和充分、效率更高。
(2)本发明利用文丘里效应-超声波耦合氧化分解废水中的污染物。本发明在文丘里反应器的出流扩张管段(出口端)外部安装超声波发生器，使含有大量溶解氧的废水在经过文丘里反应器的出流扩张管段时，在出口端形成负压，溶解在水中的氧、污染物在超声波造成高温、高压的空化作用下，发生裂解产生自由基，引发链式反应，使污染物不断降解生成小分子自由基。
(3)本发明通过在文丘里反应器的出口处设置光催化反应床进行高效光催化。本发明使用的光催化剂通过涂布在呈现多孔蜂窝结构的反应床的流道内壁上，与反应床制备成为一体式结构。此外，光催化剂涂覆固定在蜂窝结构上，改变了光催化剂以粉体使用的方式；本发明使用的光催化剂具有不溶于水、耐水性好、在蜂窝体上附着牢固等特点，因此，光催化剂本身可固定在载体骨架(蜂窝结构反应床)上，同时提供更大的比表面积，有利于污染物在光催化剂上吸附-脱附顺利进行，促进污染物的化学反应，光催化剂不用进行分离和二次回收，减少光催化剂的再生和损失。
(4)本发明采用文丘里效应耦合超声波-光效催化相协同的技术方案，具有反应速度快、效率高、设备体积小等特点。
(5)本发明利用超声波耦合协同选择高能紫外线作为催化剂光源，利用超声波的高能破壁功能结合紫外线的杀毒作用，同时可对水体中的微生物、细菌和藻类进行灭活分解而除去。
(6)本发明的废水处理装置，可根据废水量的大小，选择连续式或间歇式运行，达到设备灵活配置的目的。
（发明人：石江潭）