公布日：2022.01.14

申请日：2021.11.11

分类号：C02F1/78(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N

摘要

本发明提供了一种微界面强化超高效废水臭氧处理装置，包括：臭氧发生器和反应塔；所述反应塔中部设置有分隔板；所述分隔板上方为第一处理区，下方为第二处理区；所述第一处理区侧壁连接有废水管路；所述第一处理区内设置有第一微界面机组，所述第二处理区内设置有第二微界面机组；所述臭氧发生器的入口连接有氧气管路，出口分别与所述第一微界面机组和所述第二微界面机组相连；所述第一处理区内设置有溢流管，所述溢流管穿透所述分隔板连通所述第一处理区和所述第二处理区。本发明的微界面强化超高效废水臭氧处理装置整体结构简单，能够有效提高对废水的净化处理效果，且能够实现对臭氧的高效利用，从而降低了废水处理成本。

权利要求书

1.一种微界面强化超高效废水臭氧处理装置，其特征在于，包括：臭氧发生器和反应塔；所述反应塔中部设置有分隔板；所述分隔板上方为第一处理区，下方为第二处理区；所述第一处理区侧壁连接有废水管路；所述第一处理区内设置有第一微界面机组，所述第二处理区内设置有第二微界面机组；所述臭氧发生器的入口连接有氧气管路，出口分别与所述第一微界面机组和所述第二微界面机组相连；所述第一处理区内设置有溢流管，所述溢流管穿透所述分隔板连通所述第一处理区和所述第二处理区；所述第一处理区处理后的废水通过所述溢流管进入所述第二处理区中；所述第二处理区的上部设置有气体出口，所述气体出口与所述第一微界面机组相连以将所述第二处理区顶部的臭氧输送到第一处理区中；所述气体出口高于所述第二处理区内的液面。

2.根据权利要求1所述的微界面强化超高效废水臭氧处理装置，其特征在于，所述第一微界面机组包括第一微界面发生器和第二微界面发生器，所述第一微界面发生器位于所述第二微界面发生器的上方且所述第一微界面发生器与所述第二微界面发生器位于同一直线，所述第一微界面发生器与所述第二微界面发生器之间设置有第一导流管，所述第一微界面发生器的出口通过所述第一导流管与所述第二微界面发生器相连；所述气体出口与所述第一微界面发生器相连，所述臭氧发生器与所述第二微界面发生器相连。

3.根据权利要求1所述的微界面强化超高效废水臭氧处理装置，其特征在于，所述第二微界面机组包括第三微界面发生器、第四微界面发生器和第二导流管，所述第三微界面发生器位于所述第四微界面发生器的上方且所述第三微界面发生器与所述第四微界面发生器位于同一直线，所述第三微界面发生器的出口通过所述第二导流管与所述第四微界面发生器相连；所述第三微界面发生器与所述臭氧发生器相连。

4.根据权利要求1所述的微界面强化超高效废水臭氧处理装置，其特征在于，所述溢流管顶部进口高于所述第一微界面机组且位于所述第一处理区内的液面下方，底部出口低于所述第二微界面机组。

5.根据权利要求2所述的微界面强化超高效废水臭氧处理装置，其特征在于，所述废水管路沿竖直方向设置在所述第一微界面发生器与所述第二微界面发生器之间。

6.根据权利要求2所述的微界面强化超高效废水臭氧处理装置，其特征在于，所述第一处理区侧部设置有第一循环管路，所述第一循环管路的入口与所述第一处理区底部相连，出口与所述第一微界面发生器相连。

7.根据权利要求3所述的微界面强化超高效废水臭氧处理装置，其特征在于，所述第二处理区一侧设置有第二循环管路；所述第二循环管路入口与所述第二处理区底部相连；出口与所述第三微界面发生器相连。

8.根据权利要求3所述的微界面强化超高效废水臭氧处理装置，其特征在于，所述第二处理区侧壁设置有液体出口，所述液体出口沿竖直方向位于所述第二微界面机组与所述第二处理区内的液面之间。

9.一种微界面强化超高效废水臭氧处理方法，其特征在于，应用权利要求1~8任一项所述的处理装置对废水进行处理。

10.根据权利要求9所述的处理方法，其特征在于，包括：氧气转化成臭氧后，经微界面破碎成微米级别的微气泡，臭氧微气泡与废水接触对废水进行净化。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种微界面强化超高效废水臭氧处理装置，该处理装置整体结构简单，通过设置两个处理区对废水进行处理，提高了对废水的氧化处理效果；通过在第二处理区侧壁设置气体出口，第二处理区未反应的臭氧进入第一处理区中继续参与对废水的处理，提高了臭氧的利用率，减少了臭氧的浪费，节约了成本。

本发明的第二目的在于提供一种微界面强化超高效废水臭氧处理方法，该方法操作简单，能够有效提高对废水的净化处理效果，且对臭氧的利用率能达到95％以上，从而节约了废水处理成本。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种微界面强化超高效废水臭氧处理装置，包括：臭氧发生器和反应塔；所述反应塔中部设置有分隔板；所述分隔板上方为第一处理区，下方为第二处理区；

所述第一处理区侧壁连接有废水管路；所述第一处理区内设置有第一微界面机组，所述第二处理区内设置有第二微界面机组，

所述臭氧发生器的入口连接有氧气管路，出口分别与所述第一微界面机组和所述第二微界面机组相连；

所述第一处理区内设置有溢流管，所述溢流管穿透所述分隔板连通所述第一处理区和所述第二处理区；所述第一处理区处理后的废水通过所述溢流管进入所述第二处理区中；

所述第二处理区的上部设置有气体出口，所述气体出口与所述第一微界面机组相连以将所述第二处理区顶部的臭氧输送到第一处理区中；所述气体出口高于所述第二处理区内的液面。

现有技术中，臭氧进入反应塔后，由于其本身为气态且在水中溶解度较低，气液接触的吸收效率低，一般只有40％左右的臭氧参与了废水的氧化处理过程，大量臭氧直接从反应塔塔顶排出，臭氧利用率低，严重影响了废水的处理效果，同时，偏低的臭氧利用率加剧了臭氧氧化技术的成本劣势。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种微界面强化超高效废水臭氧处理装置，该装置通过设置第一处理区和第二处理区，能够对废水进行两次臭氧处理，从而有效提高了对废水的处理效果；通过设置溢流管，将第一处理区和第二处理区连通，能够使两个处理区内的液面保持平衡，同时第一处理区处理后的废水通过溢流管进入第二处理区中；通过在第一处理区和第二处理区内分别设置第一微界面机组和第二微界面机组，利用微界面机组将臭氧分散破碎成为微米级别的微气泡，提高了臭氧在废水中的溶解度，同时提高了臭氧与废水间的气液接触面积，从而提高了臭氧的利用率，降低了废水处理成本。

优选的，所述第一微界面机组包括第一微界面发生器和第二微界面发生器，所述第一微界面发生器位于所述第二微界面发生器的上方且所述第一微界面发生器与所述第二微界面发生器位于同一直线，所述第一微界面发生器与所述第二微界面发生器之间设置有第一导流管，所述第一微界面发生器的出口通过所述第一导流管与所述第二微界面发生器相连；所述气体出口与所述第一微界面发生器相连，所述臭氧发生器与所述第二微界面发生器相连。通过设置第一微界面发生器和第二微界面发生器，并利用第一导流管将其进行连接，能够将臭氧进行两次分散破碎，提高对臭氧的分散破碎效果，从而提高臭氧与废水的气液接触面积。

优选的，所述第二微界面机组包括第三微界面发生器、第四微界面发生器和第二导流管，所述第三微界面发生器位于所述第四微界面发生器的上方且所述第三微界面发生器与所述第四微界面发生器位于同一直线，所述第三微界面发生器的出口通过所述第二导流管与所述第四微界面发生器相连；所述第三微界面发生器与所述臭氧发生器相连。通过设置第三微界面发生器和第四微界面发生器，并利用第二导流管将其进行连接，能够将臭氧进行两次分散破碎，提高对臭氧的分散破碎效果，从而提高臭氧与废水的气液接触面积。

优选的，所述溢流管顶部进口高于所述第一微界面机组且位于所述第一处理区内的液面下方，底部出口低于所述第二微界面机组。处理前的废水中含有较多的有机物，相比于处理后的废水密度高，因此，处理后的废水会上浮到顶部，顶部的废水通过溢流管进口溢流到第二处理区中。

优选的，所述废水管路沿竖直方向设置在所述第一微界面发生器与所述第二微界面发生器之间。

优选的，所述第一处理区侧部设置有第一循环管路，所述第一循环管路的入口与所述第一处理区底部相连，出口与所述第一微界面发生器相连。

优选的，所述第二处理区一侧设置有第二循环管路；所述第二循环管路入口与所述第二处理区底部相连；出口与所述第三微界面发生器相连。

优选的，从所述臭氧发生器进入第二反应区的臭氧量大于从所述臭氧发生器进入第一反应区的臭氧量。进一步的，从所述臭氧发生器进入第二反应区的臭氧量与从所述臭氧发生器进入第一反应区的臭氧量的比例为1:9。

优选的，所述第二处理区侧壁设置有液体出口，所述液体出口沿竖直方向位于所述第二微界面机组与所述第二处理区内的液面之间。

优选的，所述第一处理区顶部连接有尾气管路。臭氧与废水反应后生成的氧气以及氧化过程中产生的二氧化碳从尾气管路排出。

在本发明中，废水经废水管路进入第一处理区中，同时，臭氧发生器输送的臭氧进入第一微界面机组中，经微界面破碎成为微米级别的微气泡，与废水混合为气液乳化物，臭氧微气泡与废水接触，对废水中的污染物进行氧化处理；经第一处理区处理后的废水通过溢流管流到第二处理区中；

与此同时，臭氧发生器输送的臭氧在第二微界面机组中分散破碎为微气泡后，继续对废水进行二次处理，处理后的废水经液体出口流出，第二处理区中未参与反应的臭氧经气体出口进入第一处理区中参与对废水的处理。这样既提高了对废水的处理效果，又提高了对臭氧的利用效率，反应体系中对臭氧的利用效率可提高到95％。

实际上，第一处理区中主要进行的是对废水的预处理，也因此其中通入的臭氧远远少于第二反应区中通入的臭氧，这样使第一处理区中废水保持过量，能够提高对臭氧的利用效率，同时对废水进行一次氧化处理；第二处理区是主反应区，其中通入的臭氧过量，在第二微界面机组的分散破碎下分散成为微米级别的微气泡，提高了两者的气液接触面积，从而保证了对废水的处理效果，未参与反应的臭氧从第二处理区上部的气体出口进入到第一处理区中，参与对废水的预处理，从而提高了臭氧的利用效率。

本发明中，一方面通过第一微界面机组和第二微界面机组将臭氧分散破碎成为微米级别的微气泡，提高了臭氧在废水中的停留时间，减缓了臭氧的上升速度，从而延长了臭氧与废水的反应区间，提高了臭氧利用率及废水处理效果，减少了臭氧的浪费；另一方面，产生的臭氧微气泡在废水中破碎时，破碎产生的能量能够将废水中的水分子分解为一个活性氧和一个活性氢氧基，同时臭氧本身在废水中分解为氧气和一个活性氧，这些均对废水中的污染物有氧化效果。可见，本发明不仅通过采用微界面机组提高了臭氧与废水间的气液接触面积，还利用产生的臭氧微气泡破碎时的破碎能提高了对废水的氧化处理效果，正是通过这种方式，提高了本发明对废水的处理效率。其中，臭氧与水的化学反应式如下：

O3→O2+O•

H2O→HO•+O•

本领域所属技术人员可以理解的是，本发明所采用的微界面发生器在本发明人在先专利中已有体现，如申请号CN201610641119.6、CN201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的专利。在先专利CN201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。

另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本发明所采用的微界面发生器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本发明微界面发生器可采用的其中一种形式而已。

此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”，并且也阐述了其可以用于微界面强化反应器，验证本身气泡破碎器与微界面发生器之间的关联性；而且在先专利CN106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第一段，以及附图部分，其对气泡破碎器S~2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡的效果，附图中也可见气泡破碎器呈锥形的结构，上部的直径比下部的直径要大，也是为了液相能够更好的提供卷吸动力。

由于在先专利申请的初期，微界面发生器才刚研发出来，所以早期命名为微米气泡发生器(CN201610641119.6)、气泡破碎器(201710766435.0)等，随着不断技术改进，后期更名为微界面发生器，现在本发明中的微界面发生器相当于之前的微米气泡发生器、气泡破碎器等，只是名称不一样。综上所述，本发明的微界面发生器属于现有技术。

本发明还提供了一种微界面强化超高效废水臭氧处理方法，应用上述的处理装置对废水进行处理。

优选的，所述处理方法包括：

氧气转化成臭氧后，经微界面破碎成微米级别的微气泡，臭氧微气泡与废水接触对废水进行净化。

本发明的处理方法操作简单，能够有效提高对废水的净化处理效果，且对臭氧的利用率能达到95％以上，从而节约了废水处理成本。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的微界面强化超高效废水臭氧处理装置整体结构简单，通过设置两个处理区对废水进行处理，提高了对废水的氧化处理效果；通过在第二处理区侧壁设置气体出口，第二处理区未反应的臭氧进入第一处理区中继续参与对废水的处理，提高了臭氧的利用率，减少了臭氧的浪费，节约了成本。

（发明人：张志炳;张锋;周政;李磊;孟为民;杨高东;杨国强）