專利名稱：負壓微泡投加臭氧處理水的方法
技術領域：
本發明涉及一種水處理方法。具體涉及一種通過產生超微氣泡方式向水中高效溶入臭氧的臭氧氧化除污染方法。
背景技術：
臭氧氧化技術是利用臭氧的強氧化能力氧化分解水中部分易氧化物質以去除污染的傳統的水處理技術，最早于1893年在荷蘭水廠應用，目前在國內外已被廣泛用于水處理領域，國內也有臭氧應用于生產的實例。在實際應用中，多采用傳統的微孔布氣的方式，臭氧溶氣效率、利用效率低，臭氧在水中濃度難以有效提高。為提高臭氧溶氣效率，通常加大反應器有效水深，一般為5.5米～7.5米，在較大的壓力情況下，臭氧溶氣效率有一定程度的提高，但這種情況下，臭氧氣的投加需要消耗大量的能量，直接增加了處理成本。傳統的微孔布氣器其孔徑已經發展到1微米以下，所形成的氣泡一般卻都大于幾百微米，甚至超過1毫米，其原因一方面是由于通過微孔布氣器產生的氣柱主要靠氣體表面張力和液體微弱湍流來割裂，氣柱斷裂后變成球形，直徑就更大了。另一方面，相鄰氣柱的間距很小，氣柱在布氣器外數毫米的距離就足以匯合。傳統微孔布氣器的氣泡生成機理致使其產生的氣泡較大，溶氣效率低，臭氧利用率低，不僅對臭氧發生器制臭氧能力需求加大，還會加大反應器水深，增加空壓機負荷。以上幾方面導致臭氧氧化處理方法電耗增加，處理成本升高。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有臭氧氧化處理水的方法由于溶氣效率低和臭氧利用率低，而需要臭氧發生器制臭氧產量大和壓力大，反應器有效水深高，空壓機負荷大，從而導致耗電量大，成本高的問題，提供了一種負壓微泡投加臭氧處理水的方法。本發明適用于受污染飲用水源水、有機廢水處理，尤其適用于處理含有難降解有機污染物原水，如制藥廢水、印染廢水。本發明能夠顯著提高臭氧溶氣效率、利用效率以及臭氧與污染物的反應速率，降低了臭氧制備系統能耗。本發明的特征在于臭氧采用負壓投加，通過混合泵配合氣泡剪切裝置及高效布氣裝置以超微氣泡氣水混合液的形式進入反應裝置，在反應裝置內完成對水中污染物的氧化去除作用。
本發明方法處理水方法的步驟如下采用負壓投加方法將臭氧加入待處理水中，臭氧與水的混合液在加壓泵內混合，混合時間為1～3S，在經過氣泡剪切裝置，部分臭氧溶入水中，未溶解部分通過高效布氣器進入反應器，臭氧在反應器內完成對有機污染物的氧化去除；臭氧投加量0.5～800毫克/升水，臭氧與水的氣水混合液在氣泡剪切裝置及高效布水器內停留時間均為0.5～50毫秒，臭氧與水接觸時間為5～100分鐘，水面的高度為0.8米～6米，布水器按一至三層布置。
本發明中，臭氧采用負壓投加方式，通過水射器在泵前投加，臭氧與水在泵內高速混合后，進入氣泡剪切裝置，部分臭氧溶入水中，未溶解部分以微泡氣水混合液形式通過高效布氣裝置進入反應器。由于采用負壓投加，因此不需空氣加壓設備提供很大壓力，而且，可以收集后續處理系統臭氧尾氣進行回流。臭氧氣水混合液通過泵后設置的氣泡剪切裝置，在氣泡剪切裝置內產生大量超微氣泡，氣泡的平均直徑可在1～100微米范圍內調節，最后，臭氧與水的氣水混合液通過高效布氣器進入反應器。由于溶氣以氣液高速混合及超微氣泡方式完成，氣液傳質效率高，臭氧溶氣效率高，產生的超微氣泡在水中停留時間長，一方面可以與水中有機污染物長時間充分反應，另一方面超微氣泡的尺度特性與表面特性，以及水中隨溶氣效率提高而增加的臭氧濃度，均可加快臭氧與水中污染物的反應速度。本發明所述方法，能夠單獨用于給水處理或污水處理，也可以與其它水處理工藝聯合使用。
超微氣泡進入反應器后，部分氣泡破裂，產生高溫高壓現象，微泡可通過其破裂時產生的高溫高壓區域，誘導臭氧迅速分解產生具有高度反應活性的羥基自由基，由羥基自由基間接高速破壞水中有機污染物。
根據進水方式反應器分為順流式(待處理水由下方進水上方出水)反應器、逆流式(待處理水由上方進水下方出水)反應器以及混合流式(待處理水由反應器中部進水，由反應器兩側分別出水)三種，可根據水處理現場條件選擇。
根據進行氣水混合的待處理水不同，該工藝可分為全流程氣液混合工藝、部分氣液混合工藝和部分回流氣液混合工藝。全流程氣液混合工藝是在原水加壓泵前主管道處負壓投加臭氧，在泵后主管道上設置氣泡剪切裝置，全部原水通過高效布氣器進入反應器；部分氣液混合工藝是取部分原水，在加壓泵前負壓投加臭氧，在加壓泵后設置氣泡剪切裝置，該部分富含臭氧的溶氣水進入反應器后與其余原水混合的處理工藝；部分回流氣液混合工藝是取一部分處理后的水進行回流，回流水通過加壓泵回流至反應器，臭氧在加壓泵前負壓投加，通過高效布氣器使富含臭氧及微泡的回流水與原水混合進行反應的處理工藝。部分氣液混合工藝和部分回流氣液混合工藝中，溶氣水與處理水水量比為0.1～0.5∶1。
本發明的方法可顯著提高臭氧溶氣效率與利用效率，降低反應器高度，降低對臭氧發生器產量和壓力的需求，從而降低水處理成本。本發明既能夠單獨使用，也可與其它水處理工藝聯合使用。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式中負壓微泡投加臭氧處理水的方法的步驟如下采用負壓投加方法將臭氧加入待處理水中，臭氧與水的混合液在加壓泵內混合，混合時間為1～3S，再經過氣泡剪切裝置，部分臭氧溶入水中，未溶解部分通過高效布氣器進入反應器，臭氧在反應器內完成對有機污染物的氧化去除；臭氧投加量為0.5～800毫克/升水，臭氧與水的氣水混合液在氣泡剪切裝置及高效布水器內停留時間均為0.5～50毫秒，臭氧與水接觸時間為5～100分鐘，水面的高度為0.8米～6米，高效布水器按一至三層布置。
本實施方式中臭氧與待處理水的混合液經過氣泡剪切裝置后產生大量超微氣泡，臭氧以超微氣泡方式在反應器裝置釋放、溶解，在反應器內完成對水中污染物的去除作用。本實施方式適用于處理各種水質原水，特別是含有高穩定性難降解的有毒有害污染物的原水。該技術既能夠單獨用于給水和污水的處理，也可與其他水處理工藝聯合使用。
具體實施例方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是臭氧投加采用全流程氣液混合方式、采用部分氣液混合方式或采用部分回流氣液混合方式。其它與具體實施方式
一相同。
本實施方式中采用全流程氣液混合方式時，臭氧負壓泵前投加；采用部分氣液混合方式時；臭氧在待處理水進水管處引支管利用加壓泵投加臭氧；采用部分回流氣液混合方式時，反應器內設置內循環水泵，自處理系統出水處取水，臭氧在內循環泵前投加。
具體實施例方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是待處理水的接觸方式為順流、逆流或混合流的接觸方式。其它與具體實施方式
一相同。
本實施方式當待處理水為順流接觸方式時，待處理水由反應器下方進入上方流出；當待處理水為逆流接觸方式時，待處理水由反應器上方進入下方流出；當待處理水為混合接觸方式時，待處理水由反應器中部進入，由反應器上下兩側分別出水。本實施方式對于順流接觸方式，高效布水器設置于反應器底部，對于逆流、混合流接觸方式，高效布水器設置于反應器中下部。根據水污染狀況，水在反應器內停留時間為5～100分鐘，反應器高度為0.8米～6米。
具體實施例方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是在反應器的中部設置填料或擋板。其它與具體實施方式
一相同。
本實施方式中反應器的中部設置填料或擋板是為了控制水的流態。
具體實施例方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是在反應器的上部設置氣泡匯集器，氣泡匯集器與水平方向夾角為15°～60°。其它與具體實施方式
一相同。
本實施方式在反應器上部設置氣泡匯集器是為了提升局部臭氧濃度。
具體實施例方式
六本實施方式中氣泡匯集器與水平方向夾角為25°～50°。其它與具體實施方式
五相同。
具體實施例方式
七本實施方式中氣泡匯集器與水平方向夾角為45°。其它與具體實施方式
五相同。
具體實施例方式
八本實施方式中氣泡匯集器為斜板或斜管。其它與具體實施方式
五相同。
具體實施例方式
九本實施方式中斜板面積為反應器過水斷面的1/8至1/2。其它與具體實施方式
五相同。
具體實施例方式
十一本實施方式在反應器頂部設置臭氧尾氣收集和破壞裝置。其它與具體實施方式
一相同。
本實施方式在反應器頂部設置臭氧尾氣收集和破壞裝置是為了收集尾氣臭氧，尾氣通過特定的臭氧尾氣破壞裝置進行處理，防止進入環境。
具體實施例方式
十二本實施方式高效布水器按二至六層布置。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施例方式
十三本實施方式高效布水器按三至五層布置。其它與具體實施方式
一相同。
采用下述試驗證明本發明的效果，具體內容如下根據本發明所述方法，原水經加壓泵、氣泡剪切裝置、高效布水(布氣)器進入反應器，臭氧采用在泵前負壓投加、泵內混合，通過高效布水(布氣)器進入反應器，在反應器內完成對目標污染物的降解，工藝采用全流程氣液混合工藝。對比組選擇傳統的臭氧發生器配套微孔曝氣器的反應器。
以苯酚為目標污染物，分別用常規微孔曝氣器和本專利所述負壓微泡系統投加臭氧方式向反應器內投加臭氧，使其在室溫下與苯酚反應，比較兩種方法去除苯酚的效果。苯酚初始濃度2.99mg/L，臭氧投量300mg/h，氣體流量0.6L/min，反應時間5min。試驗結果參見表1。
表1
結果表明，采用本專利所述工藝，苯酚去除率可達到74.58％，而采用傳統微孔曝氣頭的反應器中苯酚的去除率僅為30.43％，本專利所述工藝明顯優于傳統微孔曝氣方式。
權利要求
1.一種負壓微泡投加臭氧處理水的方法，其特征在于該方法的步驟如下采用負壓投加方法將臭氧加入待處理水中，臭氧與水的混合液在加壓泵內混合，混合時間為1～3S，再經過氣泡剪切裝置，部分臭氧溶入水中，未溶解部分通過高效布氣器進入反應器，臭氧在反應器內完成對有機污染物的氧化去除；臭氧投加量為0.5～800毫克/升水，臭氧與水的氣水混合液在氣泡剪切裝置及高效布水器內停留時間均為0.5～50毫秒，臭氧與水接觸時間為5～100分鐘，反應器內水高度為0.8米～6米，高效布水器按一至三層布置。
2.根據權利要求1所述的負壓微泡投加臭氧處理水的方法，其特征在于臭氧投加采用全流程氣液混合方式、采用部分氣液混合方式或采用部分回流氣液混合方式。
3.根據權利要求1所述的負壓微泡投加臭氧處理水的方法，其特征在于待處理水的接觸方式為順流、逆流或混合流的接觸方式。
4.根據權利要求1所述的負壓微泡投加臭氧處理水的方法，其特征在于在反應器的中部設置填料或擋板。
5.根據權利要求1所述的負壓微泡投加臭氧處理水的方法，其特征在于在反應器的上部設置氣泡匯集器，氣泡匯集器與水平方向夾角為15°～60°。
6.根據權利要求1所述的負壓微泡投加臭氧處理水的方法，其特征在于氣泡匯集器與水平方向夾角為25°～50°。
7.根據權利要求5所述的負壓微泡投加臭氧處理水的方法，其特征在于氣泡匯集器為斜板，斜板面積為反應器過水斷面的1/8至1/2。
8.根據權利要求1所述的負壓微泡投加臭氧處理水的方法，其特征在于在反應器頂部設置臭氧尾氣收集裝置，后端設尾氣破壞裝置處理尾氣。
9.根據權利要求1所述的負壓微泡投加臭氧處理水的方法，其特征在于高效布水器按一至三層布置。
全文摘要
負壓微泡投加臭氧處理水的方法，涉及一種水處理方法。本發明解決了現有臭氧氧化處理水的方法由于溶氣效率低和臭氧利用率低，而需要臭氧發生器制臭氧產量大和壓力大，反應器有效水深高，空壓機負荷大，從而導致耗電量大，成本高的問題。本發明采用負壓投加方法配合氣泡剪切裝置及高效布氣裝置以超微氣泡氣水混合液的形式進入反應裝置，在反應裝置內完成對水中污染物的氧化去除；其中臭氧投加量為0.5～800毫克/升水，臭氧與水接觸時間為5～100分鐘，水面的高度為0.8～6米，高效布水器按一至三層布置。本發明的方法可顯著提高臭氧溶氣效率與利用效率，降低反應器高度，降低對臭氧發生器產量和壓力的需求，從而降低水處理成本。
文檔編號C02F1/78GK101037256SQ200710072100
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月25日 優先權日2007年4月25日
發明者汪群慧, 翟學東, 李俊, 菊池隆重, 石原和美 申請人:哈爾濱工業大學