基于水力空化的废水处理方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于废水处理技术领域，涉及一种利用水力空化技术处理废水的方法和装置，特别是一种针对水量小、浓度高、难降解有机废水的处理方法和处理装置。
【背景技术】
[0002]水污染是当前水环境存在的最大问题，尤其是水环境中的持久性难降解有机污染物分布广泛、性质稳定，危害更为严重，如多环芳烃类在大气或水体中经过一系列复杂的反应，可以生成致癌活性或诱变性更强的二次污染物，给人类健康造成更大威胁。高级氧化技术是有效处理这类持久性、难降解有机污染物的有效途径。
[0003]目前研究较多的高级氧化技术主要包括:
1)均相催化氧化法。该法以Fenton试剂法为主，由氧化剂H2O2和催化剂Fe2+或Fe3+组成，Fe2+或Fe3+可加速H202分解为.0H自由基，使溶液中的有机污染物被.0H自由基氧化降解。但是此方法需要将pH值调至3?5范围内，不仅操作工艺复杂，而且处理成本较高，难以实现有机废水的规模化处理。
[0004]2)光催化氧化法。Ti02等一些半导体催化剂在紫外光照条件下，与水溶液反应产生.0H自由基，从而氧化分解各种有机污染物。但光催化反应器的设计需要考虑光源、反应器几何形状及两者间的相对位置，存在对光传递的影响，降解速率较低，很难实现工业化，且有时会造成二次污染，产生一些有害的光化物。
[0005]3)湿式催化氧化法。该法是在湿式氧化工艺中加入固体催化剂，构成多相湿式催化氧化过程，以强化废水中的有毒有机物降解，但是所用的固体催化剂成本较高，且存在催化剂容易失活和难于回收的问题。
[0006]4)其他催化氧化法。近几年，国内外学者开展了超声空化以及超声空化与其他技术联合降解污水中有机污染物的研究，其机理是利用超声空化效应形成高能条件或强化其他氧化技术，产生大量的.0H自由基氧化降解有机污染物。然而，超声空化的能量效率很低，空化效应只能在声源附近较小的范围内产生，很难进行大规模废水处理。
[0007]总体而言，以上高级氧化技术都能有效降解一些常规方法难以降解的有机污染物，但经济效益和环境效益较差。
[0008]水力空化技术是一种利用空化释放的能量对化学反应过程进行强化的新的能量利用方法。在水力空化过程中，流体空化产生的空泡在液体中运动和溃灭时产生局部高温(泡内热点温度为4700?5700K，泡壁温度约为1900K)、高压(泡内压力50MPa以上)、冲击波、高速射流等极端物理条件，这样的极端条件足以使水分子分解为.0H和.H，并足以打开结合力强的分子化学键，从而使空泡内的水蒸气、溶解气体和易挥发溶质蒸气被热解，使在一般条件下难以实现的化学反应得以实现，使常规难以降解的有机污染物实现无害化降解。因此，水力空化具有设计操作简单、低能耗、少污染或无污染，处理量大、易于由实验放大到工业化等优点。
[0009]但是，目前常规的水力空化反应器均只具有单一的文丘里管或孔板式空化器，这种简单的空化结构所产生的.0H较少，空化效应较低。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种基于水力空化的废水处理方法，以对水量小、浓度高、难降解有机废水进行有效处理。
[0011]提供一种适合于上述废水处理方法的能耗低、操作简单、易于工业化的处理装置，是本发明的另一发明目的。
[0012]本发明所述的基于水力空化的废水处理方法是先在废水中加入混凝剂，沉淀出其中的悬浮颗粒物，再向废水中添加氧化剂，使添加有氧化剂的废水顺次进行射流水力空化处理、旋流水力空化处理和多孔板水力空化处理。
[0013]具体地，本发明所述的基于水力空化的废水处理方法包括:
1)将待处理废水通入一个带搅拌的混凝池中，向混凝池内加入混凝剂，对待处理废水进行混凝处理，静置以将待处理废水中的悬浮颗粒物沉降下来，泥水分离得到预处理废水；
2)将预处理废水栗入文丘里管水力空化装置中，通过文丘里管的废水射流产生负压，将氧化剂引入文丘里管内与废水混合，在射流水力空化作用下对废水中的有机污染物进行氧化处理；
3)流出文丘里管水力空化装置的废水进入旋流水力空化装置中，由装置内沿装置轴向旋转的旋流器高速搅拌产生旋流空化效应，对废水中有机污染物进一步进行氧化处理；
4)流出旋转水力空化装置的废水再通过一个多孔板水力空化装置，通过孔板的限流作用产生空化效应进一步对废水中有机污染物进行氧化处理；
5)流出多孔板水力空化装置的废水返回至文丘里管水力空化装置再次进行处理，如此反复循环，直至将废水处理至符合要求。
[0014]本发明所述的废水处理方法首先对废水进行前期混凝-沉淀预处理，将可能堵塞或损坏水力空化装置的污染颗粒物去除，提高了后续水力空化装置的运行安全性。其次，本发明在水力空化装置的前段设计了引入氧化剂工艺，在水力空化的极端条件下，强化了氧化剂与有机污染物分子的反应过程，提高了废水处理效率。
[0015]本发明通过将三种水力空化方式按照所述顺序组合，形成了一级射流、二级旋流、三级限流的三级水流空化效应，使得废水在水力空化装置内形成了一个大范围的空化强化场，通过产生瞬时的高温高压，极大的强化了空化泡的形成、发展和溃灭过程，产生了足以打开结合力强分子化学键的大量.0H和.H，使空泡内的水蒸气、溶解气体和易挥发溶质蒸气被热解，不仅直接降解有机物，甚至是分子水平上的将有机物大分子“撕裂”，使废水中的分子发生分裂及链式反应，从而使在一般条件下难以实现的化学反应得以实现，使常规难以降解的有机污染物实现了无害化降解。经过废水在水力空化反应器内的反复循环多次空化处理，使处理废水达到排放要求。
[0016]本发明进而提供了一种用于上述废水处理方法的水力空化一体化装置，由废水预处理系统、供水系统和水力空化系统组成。
[0017]所述废水预处理系统包括一个对废水进行预处理的带搅拌装置的废水混凝池，一个通过阀门和管道与废水混凝池连接的、用于向废水混凝池中添加混凝剂的混凝剂配药池，以及一个通过阀门和管道与废水混凝池连接的沉淀池，在所述沉淀池的下方设有用于排放污泥的污泥排放口，上方设有预处理废水出水口连接供水系统。废水与混凝剂在废水混凝池内进行预处理后的废水排入沉淀池中静置完成泥水分离，污泥通过污泥排放口排出水力空化一体化装置，预处理废水进入供水系统。
[0018]所述供水系统包括一个缓冲水箱，用于接受来自废水预处理系统的预处理废水，一个用于将预处理废水从缓冲水箱抽出并栗入水力空化系统的水栗，安装于所述水栗前后连接管道上的、用于控制水量的阀门，安装在所述水栗后面管道上的流量控制仪，以及一个连接在水栗之后与缓冲水箱之间的、由阀门控制水量的旁路，用于调控进入水力空化系统的预处理废水的总流量和压力。
[0019]所述水力空化系统由水力空化反应器、氧化剂配药池及清水池组成，所述水力空化反应器的进水口连接供水系统，出水口由阀门控制分别与缓冲水箱和清水池管道连接，氧化剂配药池由阀门控制通过管道与水力空化反应器连接，在水力空化反应器的进水口处设有进口压力显示仪，出水口处设有出口压力显示仪，清水池上设有外排出水口。
[0020]其中，所述水力空化反应器由反应器前段、反应器中段和反应器后段构成，进水口设置在反应器前段，出水口设置在反应器后段。在反应器前段内设置有负压仓，以及位于负压仓两端的射流收缩腔和射流扩展腔，所述射流收缩腔和射流扩展腔的收缩口端分别与负压仓连通，射流收缩腔的扩张口端连接进水口，在负压仓的上方设置有氧化剂入口与氧化剂配药池连接。反应器中段内设有旋流腔，所述旋流腔的前端与射流扩展腔的扩张口端连通，在旋流腔内设置有支撑底座，旋流器通过固定套固定在所述支撑底座上，在旋流腔内沿反应器轴向旋转。在反应器后段内垂直于反应器轴向设置有孔板，在所述孔板的表面布置有小孔，孔板后端与出水口连通。
[0021]进一步地，所述旋流器由不少于三个的螺旋搅拌叶轮组成，在所述螺旋搅拌叶轮的末端设置有垂直向下的弯折板作为桨叶段。优选地，所述弯折板具有波浪形曲面。
[0022]本发明中，所述孔板上布置的小孔孔径不大于5mm，所述小孔以均匀分布、辐射分布或环状分布等排布方式分布在所述孔板上。
[0023]本发明所述的水力空化反应器