[发明专利]超声化臭氧与紫外协同的水处理装置和方法

说明书

技术领域

本发明属环保与节能技术领域，涉及一种微污染水或废水深度处理的设备，具体涉及一种超声化臭氧与紫外协同的水处理装置和方法。

背景技术

微污染水体一般是指所含有的污染物种类较多、性质较复杂，但浓度比较低微的水体。其微污染物主要包括石油烃、挥发酚、氨氮、农药、COD、重金属、砷、氰化物、铁、锰等，这些污染物都会对人体健康造成很大的毒害，尤其是那些难于降解、易于生物积累和具有三致作用的有毒有机污染物在污染水质的同时也产生了一定的嗅味。

常规的饮用水处理工艺主要是混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒。它的主要去除对象是水源水中的悬浮物、胶体杂质和细菌，而对于微污染物质则难以去除。针对微污染问题，人们在饮用水常规处理工艺的基础上研究开发了很多新的工艺和技术包括深度处理技术。深度处理通常是指在常规处理工艺以后，采用适当的处理方法，将常规处理工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体物加以去除，提高和保证饮用水质。深度处理技术中，应用较广泛的有：活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧活性炭、生物活性炭和膜技术等。

臭氧在水溶液中的氧化反应是由于臭氧是一种不稳定的强氧化剂，O₃及其在水中分解的中间产物游离基具有很强氧化性。因此，它能迅速而广泛地氧化水溶液中某些元素和有机化合物，即使在低浓度下，也能瞬间完成。同时臭氧在水中能形成具有强氧化作用的羟基自由基(·OH)不仅可以消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物。

但臭氧本身存在一定的问题，例如臭氧能耗较高，产率较低，国内外臭氧发生器产生的臭氧浓度一般为5％～10％；臭氧在水中的溶解度不高，反应完之后大部分臭氧因不能溶解而从水中逸出，最后作为尾气排掉；臭氧有很强的毒性且易燃易爆；在处理含溴废水时，臭氧氧化产生的副产物溴酸盐也是有毒有害物质。

发明内容

针对上述现有技术提及的问题，本发明提出一种高效的超声化臭氧与紫外协同的水处理装置和方法，以高效低耗对微污染水或废水深度进行处理。

本发明的技术方案如下：

超声化臭氧与紫外协同的水处理装置，包括外筒和内筒，内筒位于外筒内部，所述外筒和所述内筒之间形成紫外处理区，外筒壁上部设有出水口；所述内筒外侧壁上设有紫外灯，内筒顶部设置有进气管和泄气阀，底部设有臭氧进气管，所述臭氧进气管连接臭氧曝气器；所述内筒内部上部设置填料层，填料层下部为超声反应区，超声反应区内侧壁上设有出水阀和超声换能器。

所述臭氧曝气器为球冠形臭氧曝气器。

所述填料层为包括软性纤维填料、立式弹性填料和综合填料在内的固定填料。

所述超声波换能器与装置外的一个超声波信号发生装置相连。

所述紫外灯的个数为4～10个，平均分布在内筒的外壁上。

所述紫外灯能够产生200～250nm波长紫外光。

所述内筒的直径与装置高的比例为1∶6～1∶8。

所述外筒的直径与装置高的比例为1∶4～1∶5。

所述填料层的高度与所述臭氧反应区的高度比为1∶1～3∶1。

本发明的超声化臭氧与紫外协同的水处理方法是利用上述设备进行的，其实现步骤如下：

(1)将待处理水由内筒顶部进水管注入，将臭氧从内筒底部进气管输入并从球冠型曝气器逸出，开启超声波换能器，在超声波的协同作用下，臭氧与被处理水反应；臭氧进气压力在0.08MP～0.20MP，所述超声波换能器频率设置在20～80khz，功率控制在30-40W，声强控制在0.1～3.0W/cm²，反应时间8～30min；

(2)将步骤(1)处理的水经出水阀进入紫外处理区，开启紫外灯，反应时间35-45min，将达到排放要求的被处理水经紫外处理区侧壁上部的出水口排出。

本发明的原理在于：

(1)超声波的粉碎作用促使臭氧气泡粉碎成微气泡，极大地提高了臭氧的溶解速度，增加了单位时间内臭氧的浓度，水中的污染物受高浓度的臭氧作用，迅速被氧化降解；超声波的空化效应会使局部产生大量的空化泡，空化泡内产生的高温高于5000K和高压50MP，促使空化泡中的臭氧直接快速分解，在溶液中产生更多的活性的羟基自由基，并且加快了向溶液中的传播速率，产生的自由基，伴随着空化泡崩溃的冲击波进入水中，由于羟基自由基氧化性极强，水中污染物被迅速氧化降解；超声波空化效应促使臭氧分解产物由常温常压下氧化性弱的氧气转化成常温常压下氧化性强的水，使得污染物的降解效果更好；