专利名称：一种用于水处理的微孔多点投加反应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水处理中提高氧化剂氧化水中有机物效率的装置。
背景技术：
随着工业飞速发展，大量的难降解的致病有机物排入水体，造成了水体不同程度的污染。由于人口的增加及水资源的短缺，人们不得不利用这部分水体，这就严重的危害了人们的身体健康及工农业生产。其中水体中含有某些毒性物质、“三致物质”、内分泌干扰物质，具有较高的生物稳定性，我国科学家金奇庭曾经对这些物质的生物毒性作了深入研究，最后得出其中很多有害有机物是很难用生物方法去除的，这些物质通常在常规的水处理工艺中也是很难被去除的。由于水质的恶化，以及人们对饮用水水质要求更加严格，引起了世界对环境问题的日益重视，为了更好的改善水质研究人员找出了不同的处理方法。其中较为常见的是在常规的水处理技术上施加强化手段，如预氧化、强化过滤及水的深度处理技术等。预氧化是在混凝前的一道反应工序，可以去除水中一定的色度、浊度，同时也可以用来除臭、除味。它主要是利用氧化剂氧化胶体颗粒表面的有机物从而使胶体脱稳来降低浊度，氧化发色基团来降低色度等。其中主要利用的氧化剂有高锰酸盐复合药剂、液氯、过氧化氢、臭氧等。首先将所使用的药剂配成一定浓度的溶液，加入到预氧化罐中后，通过搅拌与原水混合。由于需要搅拌，所以需要一定的能量。预氧化虽然在水处理过程中起到了一定的作用，但是它对水中的有害物质的去除率还是很低的，难以满足人们对优质饮用水的要求。1987年Glaze等人提出了高级氧化法(Advanced oxidation processes，简称AOP)，即水处理过程中的羟基自由基(其氧化还原电位2.80V)作为主要氧化剂的氧化过程。它具有很强的氧化性，对于大多数有机物来说是没有选择性地，克服了普通氧化法选择性氧化有机物的问题，它与有机物的反应速度非常快，并以其特有的优点愈来愈引起重视。从此，高级氧化技术在水处理行业中得到了飞速发展。它主要用于水的深度处理工艺。高级氧化可分为四个阶段，以RH代表有机物，其基本反应方程式如下。
诱导期
增值期
退化期
结束期
其中较具代表性的是以臭氧为主的高级氧化技术和以过氧化氢为主的氧化技术等。由于臭氧氧化速度比较慢且具有一定的选择性，所以常采用通过投加或在反应器中固定某些催化剂来提高反应速度，当采用投加催化剂的方法时多采用单点投加，此时臭氧与催化剂的混合效果较差，在反应器的某些部分常出现“死角”，使反应效率低下，药剂的投加量及残余量都很大，影响了后续处理过程。当投加过氧化氢时也存在相同的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于水处理的微孔多点投加反应装置，它具有结构简单、可以使药剂均匀地分散于水体，提高了反应效率，减少了氧化剂的用量及其残余量、有效地降低水处理成本的特点。本发明由反应池1、药剂干管2、竖药剂投加管3、前侧药剂干管4、横药剂投加管5、臭氧干管6、臭氧横管7、臭氧曝气支管8、出水管9、进水管10、出水堰12、上隔板14、下隔板15、右上隔板22组成；出水管9固定在水池1的左侧墙13外侧的下部，出水堰12与左侧墙13平行设置，出水堰12设置在水池1内的左侧，出水堰12的下端固定在水池1内的池底板18上，右上隔板22与水池1的右侧墙16平行设置，右上隔板22设置在水池1内的右侧，右上隔板22的上端固定在水池1内的池顶板17上，右侧墙16外部的上侧固定有进水管10，上隔板14和下隔板15竖向平行并且相邻地设置在水池1内的中部，上隔板14的上端与水池1内的池顶板17固定连接；下隔板15的下端与水池1内的池底板18固定连接，横药剂投加管5相互平行地设置在水池1内的下部，横药剂投加管5的一端与水池1的后侧墙21的内壁固定连接，横药剂投加管5的另一端穿过水池1的前侧墙20与前侧药剂干管4相连通，竖药剂投加管3分别与横药剂投加管5垂直地设置在水池1内，竖药剂投加管3的下端固定在水池1内的池底板18上，竖药剂投加管3的上端穿过水池1的池顶板17与药剂干管2相连通，臭氧干管6分别设置在相邻的上隔板14和下隔板15以及右上隔板22和右侧墙16之间，臭氧干管6的下端与臭氧横管7相连通，臭氧横管7上水平地设有臭氧曝气支管8，横药剂投加管5和竖药剂投加管3上分别开有微孔24，微孔24的孔径为0.5μm-0.5mm。本发明由于过氧化氢催化臭氧化同时投加液体和气体两种状体的物质。所以，本装置还可以用于预氧化和消毒过程中。本发明主要是将过氧化氢通过无数个细小的微孔，并且在过氧化氢管道的一端施加一定的压力，使过氧化氢能够深入到水的内部。与其它药剂投加方式相比，本发明具有以下优点由于过氧化氢通过微孔投加，此时类似于每个孔投加的都是过氧化氢分子，臭氧与过氧化类似于分子与分子的反应，接触充分，提高氧化剂的利用率及氧化剂氧化水中有机物的效率；由背景技术中的反应方程式可知，自由基之间可以相互淬灭，同时过氧化氢可以与自由基发生以下反应
当采用以往的单点或多点投加方式时，由于药剂投加的过于集中，在局部可能存在相对较大量的羟基自由基及过氧化氢，此处的有机物较少，产生的自由基便有一部分相互反应，另一部分与过氧化氢反应，这样使得大量的自由基白白浪费掉了，导致羟基自由基的浓度在后续的反应过程中急剧下降，不能对水中的有机物进一步有效的降解。由于本专利中多点投加是在沿程上投加，在后续的反应过程中仍然有大量的羟基自由基存在，所以可以有效的避免以上缺点；由于在过氧化氢管道的一侧施加一定的压力，过氧化氢可以深入水体的内部，避免了在水体中产生“死角”，减少了羟基自由基之间的衍灭量及自由基与过氧化氢反应的消耗量，提高了药剂的利用率。同时由于过氧化氢投加的较为分散，产生的羟基自由基分散于水体的各个部分，增加了羟基自由基与水体中的有机物接触机会，提高了自由基氧化水中有机物的效率及有机物的去除率，降低了水处理的成本。
上述的装置适用于大型水厂使用。还有另外一种适合于中、小型水厂的装置。它由反应器外壁44、反应器内壁45、曝气头46、臭氧输出管47、臭氧发生器49、干燥柱50、氧气瓶51、药剂瓶52、加压泵53、出水管42和进水管48组成；反应器外壁44和反应器内壁45通过底部和上部连接在一起，反应器外壁44和反应器内壁45之间形成药剂室43，反应器的上端为臭氧尾气出口41，出水管42的一端通过反应器外壁44固定在反应器内壁45的上部，进水管48的一端通过反应器外壁44固定在反应器内壁45的下部，反应器内壁45的壁上开有微孔24，微孔24的尺寸为0.5μm-0.5mm，曝气头46固定在反应器内的底部，爆气头46的下端通过反应器的底部与臭氧输出管47的一端相连接，臭氧输出管47的另一端与臭氧发生器49的输出端相连接，臭氧发生器49的输入端与干燥柱50的一端相连接，干燥柱50的另一端与氧气瓶51的瓶嘴相连接，药剂瓶52的出口与加压泵53的入口相连接，加压泵53的出口与外壳44和反应器45之间的药剂室43相连通。该装置的运行首先氧气经过干燥后进入臭氧发生器49，然后经过曝气头46加入到反应器中。臭氧的投加量可以通过调节氧气的流量及臭氧发生器的功率进行调节。投加过氧化氢时，当反应器壁上的孔数一定时，可以通过改变过氧化氢的浓度或加压泵的压力来改变过氧化氢的投加量。根据反应装置的直径及水力学的相关知识选择泵所提供的压力，尽量使过氧化氢能够深入反应器的“内部”，避免出现“死角”。本装置的关键在于微孔孔径的大小及数量的选择上。孔径的尺寸应该根据水质的好坏而定。当水质较好、大颗粒较少时，可以将孔径设置的较小，这时候由于孔径小，孔数就相应的增加，反应效率就会提高。相反，水质较坏时，可以选择较大的孔径。孔径选完后，根据反应装置的直径大小及过氧化氢所射入的深度，根据水力学知识，可以选择出过氧化氢经过每一个小孔的流速，此时就可以相应的确定出所需要的加压泵的压力范围。由于小孔孔径及过氧化氢经过每一小孔的流速已定，相应的也就确定了过氧化氢经过每一小孔的流量。根据所能配制的过氧化氢浓度及投加量来确定孔数。以上只是在理论上大致地来确定反应器参数的方法，更准确的数据还应该根据实验结果而定。本装置主要用于水的深度处理中，如臭氧/过氧化氢高级氧化工艺。在除去臭氧装置后，如以上这些装置还可以用来在预氧化中投加药剂，如液氯、臭氧、过氧化氢；在污水水质较好时，它还可以用于投加Fenton试剂。该装置具有体积小，药剂的投加量便于调节，水处理方便、快捷、高效的优点。
图1是本发明的结构示意图，图2是图1的A-A剖面示意图，图3是横药剂投加管5和竖药剂投加管3上开有微孔的结构示意图，图4是适用于小型水厂的装置结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一(参见图1-图2)本实施方式由反应池1、药剂干管2、竖药剂投加管3、前侧药剂干管4、横药剂投加管5、臭氧干管6、臭氧横管7、臭氧曝气支管8、出水管9、进水管10、出水堰12、上隔板14、下隔板15、右上隔板22组成；出水管9固定在水池1的左侧墙13外侧的下部，出水堰12与左侧墙13平行设置，出水堰12设置在水池1内的左侧，出水堰12的下端固定在水池1内的池底板18上，右上隔板22与水池1的右侧墙16平行设置，右上隔板22设置在水池1内的右侧，右上隔板22的上端固定在水池1内的池顶板17上，右侧墙16外部的上侧固定有进水管10，上隔板14和下隔板15竖向平行并且相邻地设置在水池1内的中部，上隔板14的上端与水池1内的池顶板17固定连接；下隔板15的下端与水池1内的池底板18固定连接，横药剂投加管5相互平行地设置在水池1内的下部，横药剂投加管5的一端与水池1的后侧墙21的内壁固定连接，横药剂投加管5的另一端穿过水池1的前侧墙20与前侧药剂干管4相连通，竖药剂投加管3分别与横药剂投加管5垂直地设置在水池1内，竖药剂投加管3的下端固定在水池1内的池底板18上，竖药剂投加管3的上端穿过水池1的池顶板17与药剂干管2相连通，臭氧干管6分别设置在相邻的上隔板14和下隔板15以及右上隔板22和右侧墙16之间，臭氧干管6的下端与臭氧横管7相连通，臭氧横管7上水平地设有臭氧曝气支管8，横药剂投加管5和竖药剂投加管3上分别开有微孔24，微孔24的孔径为0.5μm-0.5mm。横药剂投加管5和竖药剂投加管3是钢管或钛管。
具体实施方式
二(参见图2)本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于，在横药剂投加管5与前侧药剂干管4之间增加有阀门11和压力表19，阀门11的一端与压力表19的一端固定连接，阀门11的另一端与前侧药剂干管4固定连接，压力表19的另一端与横药剂投加管5固定连接。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。增加的阀门11和压力表19用于调节投药量。
具体实施方式
三(参见图1)本实施方式与具体实施方式
一或二的不同点在于，在竖药剂投加管3与药剂干管2之间增加有阀门11和压力表19，压力表19的一端与竖药剂投加管3固定连接，压力表19的另一端与阀门11的一端固定连接，阀门11的另一端与药剂干管2固定连接。其它组成和连接关系与具体实施方式
一或二相同。增加的阀门11和压力表19用于调节投药量。
具体实施方式
四(参见图4)本实施方式是一种适合于中、小型水厂的装置。它由反应器外壁44、反应器内壁45、曝气头46、臭氧输出管47、臭氧发生器49、干燥柱50、氧气瓶51、药剂瓶52、加压泵53、出水管42和进水管48组成；反应器外壁44和反应器内壁45通过底部和上部连接在一起，反应器外壁44和反应器内壁45之间形成药剂室43，反应器的上端为臭氧尾气出口41，出水管42的一端通过反应器外壁44固定在反应器内壁45的上部，进水管48的一端通过反应器外壁44固定在反应器内壁45的下部，反应器内壁45的壁上开有微孔24，微孔24的尺寸为0.5μm-0.5mm，曝气头46固定在反应器内的底部，爆气头46的下端通过反应器的底部与臭氧输出管47的一端相连接，臭氧输出管47的另一端与臭氧发生器49的输出端相连接，臭氧发生器49的输入端与干燥柱50的一端相连接，干燥柱50的另一端与氧气瓶51的瓶嘴相连接，药剂瓶52的出口与加压泵53的入口相连接，加压泵53的出口与外壳44和反应器45之间的药剂室43相连通。反应器内壁45由钢质材料或钛质材料制成。
权利要求
1.一种用于水处理的微孔多点投加反应装置，它由反应池(1)、药剂干管(2)、竖药剂投加管(3)、前侧药剂干管(4)、横药剂投加管(5)、臭氧干管(6)、臭氧横管(7)、臭氧曝气支管(8)、出水管(9)、进水管(10)、出水堰(12)、上隔板(14)、下隔板(15)、右上隔板(22)组成；出水管(9)固定在水池(1)的左侧墙(13)外侧的下部，出水堰(12)与左侧墙(13)平行设置，出水堰(12)设置在水池(1)内的左侧，出水堰(12)的下端固定在水池(1)内的池底板(18)上，右上隔板(22)与水池(1)的右侧墙(16)平行设置，右上隔板(22)设置在水池(1)内的右侧，右上隔板(22)的上端固定在水池(1)内的池顶板(17)上，右侧墙(16)外部的上侧固定有进水管(10)，上隔板(14)和下隔板(15)竖向平行并且相邻地设置在水池(1)内的中部，上隔板(14)的上端与水池(1)内的池顶板(17)固定连接；下隔板(15)的下端与水池(1)内的池底板(18)固定连接，其特征在于横药剂投加管(5)相互平行地设置在水池(1)内的下部，横药剂投加管(5)的一端与水池(1)的后侧墙(21)的内壁固定连接，横药剂投加管(5)的另一端穿过水池(1)的前侧墙(20)与前侧药剂干管(4)相连通，竖药剂投加管(3)分别与横药剂投加管(5)垂直地设置在水池(1)内，竖药剂投加管(3)的下端固定在水池(1)内的池底板(18)上，竖药剂投加管(3)的上端穿过水池(1)的池顶板(17)与药剂干管(2)相连通，臭氧干管(6)分别设置在相邻的上隔板(14)和下隔板(15)以及右上隔板(22)和右侧墙(16)之间，臭氧干管(6)的下端与臭氧横管(7)相连通，臭氧横管(7)上水平地设有臭氧曝气支管(8)，横药剂投加管(5)和竖药剂投加管(3)上分别开有微孔(24)，微孔(24)的孔径为0.5μm-0.5mm。
2.根据权利要求1所述一种用于水处理的微孔多点投加反应装置，其特征在于横药剂投加管(5)和竖药剂投加管(3)是钢管或钛管。
3.根据权利要求1所述的一种用于水处理的微孔多点投加反应装置，其特征在于在横药剂投加管(5)与前侧药剂干管(4)之间增加有阀门(11)和压力表(19)，阀门(11)的一端与压力表(19)的一端固定连接，阀门(11)的另一端与前侧药剂干管(4)固定连接，压力表(19)的另一端与横药剂投加管(5)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于水处理的微孔多点投加反应装置，其特征在于在竖药剂投加管(3)与药剂干管(2)之间增加有阀门(11)和压力表(19)，压力表(19)的一端与竖药剂投加管(3)固定连接，压力表(19)的另一端与阀门(11)的一端固定连接，阀门(11)的另一端与药剂干管(2)固定连接。
5.一种用于水处理的微孔多点投加反应装置，它由反应器外壁(44)、反应器内壁(45)、曝气头(46)、臭氧输出管(47)、臭氧发生器(49)、干燥柱(50)、氧气瓶(51)、药剂瓶(52)、加压泵(53)、出水管(42)和进水管(48)组成；其特征在于反应器外壁(44)和反应器内壁(45)通过底部和上部连接在一起，反应器外壁(44)和反应器内壁(45)之间形成药剂室(43)，反应器的上端为臭氧尾气出口(41)，出水管(42)的一端通过反应器外壁(44)固定在反应器内壁(45)的上部，进水管(48)的一端通过反应器外壁(44)固定在反应器内壁(45)的下部，反应器内壁(45)的壁上开有微孔(24)，微孔(24)的尺寸为0.5μm-0.5mm，曝气头(46)固定在反应器内的底部，爆气头(46)的下端通过反应器的底部与臭氧输出管(47)的一端相连接，臭氧输出管(47)的另一端与臭氧发生器(49)的输出端相连接，臭氧发生器(49)的输入端与干燥柱(50)的一端相连接，干燥柱(50)的另一端与氧气瓶(51)的瓶嘴相连接，药剂瓶(52)的出口与加压泵(53)的入口相连接，加压泵(53)的出口与外壳(44)和反应器(45)之间的药剂室(43)相连通。
6.根据权利要求5所述的一种用于水处理的微孔多点投加反应装置，其特征在于反应器内壁(45)由钢质材料或钛质材料制成。
全文摘要
一种用于水处理的微孔多点投加反应装置，它涉及一种水处理中提高氧化剂氧化水中有机物效率的装置。本发明横药剂投加管5相互平行地设置在水池1内的下部，竖药剂投加管3分别与横药剂投加管5垂直地设置在水池1内，臭氧横管7上水平地设有臭氧曝气支管8，横药剂投加管5和竖药剂投加管3上分别开有微孔24，微孔24的孔径为0.5μm－0.5mm。本发明过氧化氢可以深入水体的内部，避免了在水体中产生“死角”，减少了羟基自由基之间的衍灭量及自由基与过氧化氢反应的消耗量。同时由于过氧化氢投加的较为分散，增加了羟基自由基与水体中的有机物接触机会，提高了自由基氧化水中有机物的效率及有机物的去除率，降低了水处理的成本。
文档编号C02F1/72GK1644527SQ200410044160
公开日2005年7月27日 申请日期2004年12月23日 优先权日2004年12月23日
发明者马军, 王群 申请人:哈尔滨工业大学