超声波处理高浓度有机废水的方法及装置 【技术领域】
本发明涉及超声波水处理技术，具体是一种超声波处理高浓度有机废水的方法及装置。
背景技术
我国工业废水排放量达数百亿吨，主要分布在化工、冶金、炼焦、轻工、食品等行业，其中相当部分为高浓度难降解有机废水，这些废水因为含有毒有害大分子物质而难以为生化方法去除。
目前处理高浓度有机废水的方法有化学氧化法、溶剂萃取法、吸附法、焚烧法、光催化法、强化生化处理法等，这些方法成本均很高，每吨水运行费用达到数十元。高昂的费用使得大量高浓度难降解有机废水得不到有效处理而排放，对环境造成了严重的污染。研究高浓度有机废水的治理，完善其治理技术，是十分迫切的任务。
利用超声波降解水中的化学污染物是近年来发展起来的一项新型水处理技术，它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术的特点于一身，具有反应条件温和、速度快、适用范围广等特点。它可以单独或与其他技术联合使用，尤其适用于难降解地有机污染物，具有很大的发展潜力。
有机废水处理中通常需要曝气，由于空气的溶解性很差，曝气效率通常只有10％-20％，从而导致较高的电耗与气耗，而曝气效果不佳。
【发明内容】
本发明的目的在于克服传统有机废水处理技术的上述不足，提供一种超声波处理高浓度有机废水的方法和装置。
本发明超声波处理高浓度有机废水的方法包括以下步骤：
a、将高浓度有机废水输入反应装置的曝气区，施加超声波对废水进行微曝气；
b、使曝气后的废水进入反应装置的主反应区，施加超声波进行超声降解，同时通过超声-原子态铁耦合形成Fenton系统，进行Fenton降解；
c、经主反应区降解后的废水进入反应装置的混凝沉淀区，新生态铁离子对废水进行混凝处理，去除废水中的悬浮物、色度、溴味，混凝后的水从混凝沉淀区侧面的出水管排出，沉淀物从底部的排泥管排出。
上述步骤b中，曝气后的废水在主反应区进行超声降解的方法为：对输入反应装置主反应区的废水进行超声波辐照，超声波的频率范围为20～300kHz，声强范围为0.1～10w/cm2，辐照时间为0.5～30分钟。
上述步骤b中，曝气后的废水在主反应区进行Fenton降解的方法为：原子态铁在超声波和氧气的作用下，生成亚铁离子；亚铁离子在超声波作用下分解过氧化氢，产生羟基自由基和铁离子，形成Fenton系统；羟基自由基与废水中的有机物发生氧化反应，实现对有机物的降解。
一种超声波处理高浓度有机废水的装置，包括容器和控制器，所述容器内腔从左到右依次设置曝气区、至少一个主反应区和混凝沉淀区，曝气区和主反应区底部均设置由控制器控制的若干超声换能器，曝气区一侧设置进水管，混凝沉淀区一侧设置出水管，混凝沉淀区底部设置排泥管。在所述容器的混凝沉淀区底部也可设置少量超声换能器。
本发明利用柔性超声波、曝气、原子态铁耦合，形成微曝气—超声—铁—Fenton系统，可以快速、有效、稳定的降低高浓度有机废水的毒性，提高高浓度有机废水的可生化性，甚至直接物化。其有益效果如下：
1、利用超声波的空化效应，使废水中的有机物在热点发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解、超临界水氧化、自由基氧化等反应。这些效应加上声场中的质点振动、次级衍生波等为有机物提供了其他方法难以达到的多种降解途径。
2、在超声波与氧气的作用下，原子态铁快速形成亚铁离子。亚铁离子在超声波下高效分解过氧化氢，形成Fenton系统，生成大量羟基自由基和铁离子，避免了自结合对羟基自由基的消耗，大大的提高了超声波的化学效应。同时新生态的铁离子是高效混凝剂，可以快速去除废水中的悬浮物、色度、溴味等。
3、超声波的机械破碎效应可以将气泡均匀破碎至微米级，从而极大的提高了曝气效率，减少了电耗与气耗。
【附图说明】
图1为本发明典型实施例的结构示意图；
图2为图1实施例正视示意图。
【具体实施方式】
下面结合实施例附图做进一步说明。
如图1、2所示超声波处理高浓度有机废水的装置，包括不锈钢容器2和超声控制器10，容器2内腔从左到右依次设置一个曝气区4、两个主反应区6和一个混凝沉淀区7，曝气区4左侧设置进水管1，混凝沉淀区7右侧设置出水管9，混凝沉淀区7底部设置排泥管8。所述曝气区4、主反应区6和混凝沉淀区7底部均设置由超声控制器10控制的若干超声换能器5，混凝沉淀区底部的超声换能器数量少于曝气区或主反应区底部的超声换能器数量，混凝沉淀区超声换能器设置较少可以保证水流平稳。主反应区6与曝气区4之间、两个主反应区6之间、主反应区6与混凝沉淀区7之间均交错设置铁板3。
上述容器最好为不锈钢容器，也可采用其它内腐蚀的容器，以保证长期浸没水中使用。超声换能器可为压电陶瓷片，防水处理。有机废水处理过程中超声波频率、声强以及辐照或处理时间的调整均由超声控制器10自动完成，通常超声波的频率范围为20～300kHz，声强范围为0.1～10w/cm2，辐照或处理时间可为0.5～30分钟。本装置结构简单，体积小，运行稳定。
上述曝气区的底部设置有超声换能器，废水在曝气区进行曝气，超声波的机械破碎效应可以将气泡均匀破碎至微米级，形成微曝气，极大地提高了曝气效率，减少了电耗和气耗。
下面说明采用图1所示装置对碱法草浆黑液的处理过程：
a、将高浓度碱法草浆黑液通过进水管1输入不锈钢容器2的曝气区4，施加超声波对该草浆黑液进行微曝气，其中施加的超声波频率为20kHz、声强为2w/cm2，超声波曝气时间为5分钟。
也可采用频率为200kHz、声强为8w/cm2的超声波，曝气2分钟。
b、曝气后的碱法草浆黑液进入容器2的主反应区6，通过该区的超声换能器5产生频率为20kHz、声强为2w/cm2超声波，对主反应区6内的碱法草浆黑液进行约10分钟超声波辐照，超声波在水中引起空化，产生约4000K和100MPa的瞬间局部高温高压环境(热点)，同时以约110m/s的速度产生具有强烈冲击力的微射流和冲击波。水分子在热点达到超临界状态，并分解成羟基自由基、超氧基等，羟基自由基是目前所发现的最强的氧化剂。有机物在热点发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解、超临界水氧化、自由基氧化等反应。这些效应加上声场中的质点振动、次级衍生波等为有机物提供了其他方法难以达到的多种降解途径，实现对有机物的超声波降解；同时原子态铁在超声波和氧气的作用下，快速生成亚铁离子，亚铁离子在超声波作用下分解过氧化氢，产生羟基自由基和铁离子，形成Fenton系统，羟基自由基与碱法草浆黑液中的有机物发生氧化反应，实现对有机物的Fenton降解。
对进入反应装置主反应区的所述碱法草浆黑液进行超声波辐照，也可采用频率为250KHz、声强为6w/cm2的超声波，辐照5分钟。
c、经主反应区6降解后的碱法草浆黑液进入容器2的混凝沉淀区7，新生态铁离子对混凝沉淀区7内的碱法草浆黑液进行混凝处理，去除碱法草浆黑液中的悬浮物、色度、溴味等，混凝后的水从混凝沉淀区7右侧的出水管9排出，沉淀物从混凝沉淀区7底部的排泥管8排出。
经过上述方法对碱法草浆黑液处理后，碱法草浆黑液的综合毒性明显下降，可生化性提高50％，COD去除率提高30％。