一种吹脱-臭氧/超声波氧化降解含高浓度硝基苯废水的装置及其处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于含高浓度硝基苯废水处理的技术领域，具体涉及一种吹脱-臭氧/超 声波氧化降解含高浓度硝基苯废水的装置及其处理方法，其采用吹脱法、臭氧技术和超声 波技术共同作用。
【背景技术】
[0002] 火炸药工业废水中常常含有较高浓度的易挥发且具有生物毒性的硝基苯化合物， 其具有较强的致癌致突变性，如果不经处理直接排放，会对人体及环境造成严重的危害。
[0003] 空气吹脱一般是在水处理的底部放有曝气装置，风机送来的空气被分散成微小的 气泡，在废水主体中形成气液两相，废水中的挥发性有机物从液相转移到气相中，随气泡离 开液相主体。根据气液平衡理论，当液相中挥发性有机物浓度较高时，传质推动力大，有利 于有机物从液相进入气相。但当浓度降低到一定程度时，传质推动力变小，处理效率降低。 同时传统曝气反应中的液体湍动程度低，造成液相深处有机物无法快速到达气液相界面， 传质效果差。由于硝基苯沸点较高，自然条件下的蒸发速度较慢，单一传统曝气吹脱装置或 填料塔中气液湍动程度低、气液接触面积小，处理效果并不明显。如果加大气液接触面积和 气液湍动程度，可大大提高硝基苯去除率。
[0004] 超重力技术利用旋转的转子将液体破碎成细小的液滴或液膜、液丝，其尺度都是 在几十微米数量级，只有填料塔的几分之一，这就意味着仅在这一点上，质量传递速率就将 数倍于填料塔。另外，在旋转的转子中，液体在离心力的作用下流动，而高速旋转的转子提 供的离心力是促使填料塔中液体流动的重力的几百倍。这使得液体可以克服表面张力的作 用，以极高的速度、极小的尺度，在高比表面的填料中运动。填料弯曲的孔道促使了液体表 面的迅速更新，大大增加了液体的湍动。这两点结合在一起，使得在超重力设备中的传质速 率较在填料塔中的同样过程提高了 1~3个数量级。
[0005] 超重力-臭氧高级氧化法是常用的废水氧化处理方法，结合超重力技术可有效提 高臭氧利用率和氧化效率，处理效果良好。专利ZL200910073666. 9公开了一种将超重力旋 转填料床与臭氧法相耦合降解含硝基苯类废水的方法及装置，但此专利方法和装置针对的 是含低浓度硝基苯类化合物(浓度小于l〇〇mg/L)的废水。专利ZL201210169252. 8公开了 一种超声波协同臭氧处理低浓度甲醇废水处理方法，利用旋转填料床为反应器强化臭氧吸 收，协同超声波降解低浓度甲醇废水。如果直接利用此法处理含高浓度挥发性有机废水，虽 然也可达到预期去除效果，但臭氧消耗量明显升高，水处理成本显著提高。这主要是因为， 在臭氧氧化降解有机化合物的过程中，生成的中间产物会使废水水质发生变化，羟基自由 基生成速率降低，同时生成的中间产物如小分子酸、醇会与目标污染物竞争与臭氧和羟基 自由基反应，使得氧化处理效果明显下降。当有机物含量高时，生成的中间产物就多，废水 水质变的更差，氧化效果就明显降低。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决臭氧高级氧化法处理含高浓度硝基苯废水成本高的问题，提供了 一种吹脱-臭氧/超声波氧化降解含高浓度硝基苯废水的装置及其处理方法。
[0007] 本发明采用如下的技术方案实现：一种吹脱-臭氧/超声波氧化降解含高浓度硝 基苯废水的方法，将高浓度硝基苯废水与新鲜空气在超重力设备中充分接触，完成吹脱传 质过程降低高浓度硝基苯废水中有机物含量；吹脱传质完成后的废水送入超声储液罐中， 进行超声波降解，然后将超声波降解后的废水送入超重力设备中与臭氧气体充分接触进行 氧化反应，含臭氧的废水返回超声储液罐中在超声波协同作用下降解硝基苯，氧化降解以 及超声波协同降解的废水在超重力设备中循环处理。
[0008] 高浓度硝基苯废水中硝基苯浓度多500mg/L，吹脱传质阶段新鲜空气与高浓度硝 基苯废水在超重力设备中的气液比为200~600L/m3,吹脱传质完成后的废水中硝基苯含量 为80~100mg/L;超声波发生器的超声波频率为20kHz~100kHz，超声波声强为lW/cm2~ lOOW/cm2;氧化反应阶段超重力设备中的臭氧与超声波降解后的废水的液气比为0. 5~2. 0 L/m3;臭氧浓度为10~30mg/L;超重力设备的转速为300~700rpm。
[0009] 所述超重力设备为超重力旋转床装置，包括填料床、折流式、螺旋通道形式的超重 力旋转床反应器；填料层中的填料包括金属材料和非金属材料的丝网、多孔板、波纹板、泡 沫材料或规整填料。
[0010] 本发明所述的超重力设备是已经公开的超重力旋转床装置，包括填料床、折 流式、螺旋通道等形式的超重力旋转床反应器(参考申请号91109255. 2、91111028. 3、 01268009. 5、200520100685. 3、02114174. 6 和 200510032296. 6)，优选超重力旋转填料床， 填料层中的填料包括，但不限于：金属材料和非金属材料的丝网、多孔板、波纹板、泡沫材料 或规整填料。
[0011] 一种实现上述吹脱-臭氧/超声波氧化降解含高浓度硝基苯废水方法的装置，包 括设有进气口、出气口、进液口、出液口的旋转填料床，旋转填料床的进气口分别通过气体 流量计I和气体流量计II与风机和臭氧发生器出口连接，臭氧发生器进口连接风机；旋转 填料床出气口连接尾气处理装置；旋转填料床进液口通过液泵与废水储槽和超声储液槽连 接，旋转填料床进液口与液泵之间设有液体流量计；旋转填料床出液口连接废水储槽和超 声储液槽；超声储液槽底部连接超声波设备。尾气处理装置内填充物为活性炭。
[0012] 将高浓度硝基苯废水在超重力设备中与新鲜空气充分接触，完成吹脱传质过程降 低废水中有机物含量。吹脱后的气体通过装有活性炭的尾气处理装置回收硝基苯。吹脱后 的废水(硝基苯含量在80~100mg/L)进入超声储液罐，进行超声波降解，然后将废水送入超 重力设备中与臭氧气体充分接触反应，含臭氧的废水返回超声储液罐在超声波协同作用下 降解硝基苯。氧化降解阶段废水在超重力设备中循环处理，达国家排放标准。
[0013] 以超重力设备为吸收及反应装置，对硝基苯的降解效果好，由于旋转填料床的作 用，保证硝基苯废水在其中与臭氧高效接触，提高臭氧的利用率。进入超声波反应器时，已 经初步反应并含有较为充足的臭氧。
[0014] 超声波在空化的作用下，能产生氧化能力较强的羟基自由基，同时，臭氧作为空化 作用的气体介质，自由基数量将会大幅增加，在超声波局部的高温高压下臭氧的氧化能力 得到强化，最终效果不是二者简单的加和，而是协同促进。
[0015] 本发明与现有技术对比有以下特点： 与传统的鼓泡装置或填料塔吹脱硝基苯废水比较，当硝基苯浓度从500mg/L降低到 80~100mg/L时，本发明使用超重力旋转填料床吹脱的处理时间可缩短80%。
[0016] 采用公开文献《超重力气提法处理丙烯腈废水》（薛翠芳等，化工进展，第33卷第 9期，2014)的方法、专利ZL201210169252. 8公开的一种超声波协同臭氧处理低浓度甲醇废 水处理方法与本发明方法，处理高浓度500mg/L硝基苯废水效果对比如下：
【主权项】
1. 一种吹脱-臭氧/超声波氧化降解含高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：将高 浓度硝基苯废水与新鲜空气在超重力设备中充分接触，完成吹脱传质过程降低高浓度硝基 苯废水中有机物含量；吹脱传质完成后的废水送入超声储液罐中，进行超声波降解，然后将 超声波降解后的废水送入超重力设备中与臭氧气体充分接触进行氧化反应，含臭氧的废水 返回超声储液罐中在超声波协同作用下降解硝基苯，氧化反应以及超声波协同作用降解的 废水在超重力设备中循环处理。
2. 根据权利要求1所述的一种吹脱-臭氧/超声波氧化降解含高浓度硝基苯废水的 方法，其特征在于：高浓度硝基苯废水中硝基苯浓度多500mg/L，吹脱传质阶段新鲜空气 与高浓度硝基苯废水在超重力设备中的气液比为200~600L/m3,吹脱传质完成后的废水中 硝基苯含量为80~100mg/L;超声波发生器的超声波频率为20kHz~100kHz，超声波声强为 lW/cm2~lOOW/cm2;氧化反应阶段超重力设备中的臭氧与超声波降解后的废水的液气比为 0? 5~2. 0L/m3;臭氧浓度为10~30mg/L;超重力设备的转速为300~700rpm。
3. 根据权利要求1所述的一种吹脱-臭氧/超声波氧化降解含高浓度硝基苯废水的方 法，其特征在于：所述超重力设备为超重力旋转床装置，包括填料床、折流式、螺旋通道形式 的超重力旋转床反应器；填料层中的填料包括金属材料和非金属材料的丝网、多孔板、波纹 板、泡沫材料或规整填料。
4. 一种实现如权利要求1-3所述吹脱-臭氧/超声波氧化降解含高浓度硝基苯废水方 法的装置，其特征在于：包括设有进气口、出气口、进液口、出液口的旋转填料床（6)，旋转 填料床（6)的进气口分别通过气体流量计I(2)和气体流量计II(4)与风机（1)和臭氧发 生器（3)出口连接，臭氧发生器（3)进口连接风机（1);旋转填料床（6)出气口连接尾气处 理装置（5);旋转填料床（6)进液口通过液泵（10)与废水储槽（9)和超声储液槽（7)连接， 旋转填料床（6)进液口与液泵（10)之间设有液体流量计（11);旋转填料床（6)出液口连接 废水储槽（9)和超声储液槽（7);超声储液槽（7)底部连接超声波设备（8)。
5. 根据权利要求4所述的一种实现吹脱-臭氧/超声波氧化降解含高浓度硝基苯废水 方法的装置，其特征在于：尾气处理装置（5)内填充物为活性炭。
【专利摘要】本发明属高浓度硝基苯废水处理技术领域，为解决臭氧高级氧化法处理含高浓度硝基苯废水成本高的问题，提供一种吹脱-臭氧/超声波氧化降解含高浓度硝基苯废水的装置及其处理方法。高浓度硝基苯废水与空气在超重力设备中接触，完成吹脱传质过程；吹脱传质完成后废水超声波降解，超声波降解的废水送入超重力设备中与臭氧气体反应，含臭氧的废水返回超声储液罐中在超声波协同作用下降解硝基苯。用吹脱法使废水中的目标污染物含量减少后进行氧化反应，最大限度减少废水水质变化和降低中间产物生成量，使臭氧和羟基自由基消耗物生成量减少，提高氧化效率，臭氧氧化效率提高40~50%，处理时间缩短80%，臭氧用量减少70%，处理成本节约50%。
【IPC分类】C02F103-38, C02F9-08, C02F1-78
【公开号】CN104710062
【申请号】CN201510093446
【发明人】刘有智, 焦纬洲, 申红艳, 罗莹, 张巧玲, 祁贵生, 袁志国, 高璟, 栗秀萍, 郭亮
【申请人】中北大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月3日