一种电离辐射污水处理的装置和方法

1.本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种电离辐射污水处理的装置和方法。


背景技术：

2.我国城镇污水处理规模极大，电离辐射技术作为污水处理的新型技术，因其具有高效处理污水的特性，已成为环保行业的重点工艺，受到广泛关注。相较于传统工艺，电离辐射技术在处理高cod的重工业污水的效果上尤为突出，不仅突破了传统工艺在污水处理上效果欠佳的瓶颈，在大规模污水处理上，也具有经济、绿色、流程简易的特点。
3.目前电离辐射技术在单独用于处理大规模工业污水的应用还未普及推广，对于涉及提升电离辐射技术的处理效率的创新工艺也主要集中在与传统工艺的结合，以及流程中所使用的消耗性试剂工艺的创新，对于污水处理的装置工艺设计研究较少。
4.因此，发现一种电离辐射污水处理的装置及方法来提高电离辐射污水处理技术以提高处理污水的效率，对该领域有着重要意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种电离辐射污水处理的装置和方法。本发明的装置和方法可以有效缓解污水处理压力，通过对不同喷嘴设计不同的流速，使得电离辐射在污水中得到充分吸收。
6.本发明的第一方面提供了一种污水处理装置，包括：容器，用于承载污水；喷射部件，位于所述容器的侧壁上，所述喷射部件数量大于等于2且呈上下排布，用于使待处理污水呈抛物面喷射入所述容器中；辐照部件，用于发出电子束或伽马射线，并且所述电子束或伽马射线投射于所述待处理污水的抛物面上。
7.本发明的第二方面提供了一种污水处理的方法，在本发明第一方面所述的装置中进行，所述方法包括：待处理污水经过所述喷射部件呈抛物面状喷出，所述电子束辐照部件发出的电子束或伽马射线的辐照后落入容器中。
8.通过上述技术方案，本发明与现有技术相比至少具有以下优势：
9.(1)本发明电离辐射污水处理的装置和方法可以有效缓解污水处理压力，提高污水处理的效率，通过对不同喷嘴设计不同的流速，使得电子束在污水中得到充分吸收；
10.(2)本发明电离辐射污水处理的装置和方法能够有效地降解高分子有机化合物，尤其对高浓度有机化合物中难降解、长链的高分子有机物具有很好的降解效果。
11.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
附图说明
12.图1所示为本发明一实施例的装置示意图。
13.附图标记说明
14.1，污水；2-1，第一喷射部件；2-2，第二喷射部件；3-1，第一水膜；3-2，第二水膜；4，容器；5，出料口；6，电子束。
具体实施方式
15.以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
16.本发明的发明人发现，在目前的电离辐射技术，例如电子束辐照技术，大多以单喷嘴实现污水处理，存在的主要问题为电子束辐照在废水中的吸收剂量随入射深度的增加而衰减，废水中有机污染物的降解率与电子束吸收剂量正相关。所以，在实际处理污水的过程中，为不降低污水处理的效率，电子束吸收剂量需要超过一定阈值，这提升了能耗。同时剩余的电子束能量的辐射引起材料升温对材料造成损伤，提高了材料的损耗率。而且对剩余电子束能量的辐射需要额外的屏蔽手段。为了平衡污水处理质量和处理时间之间的关系，本发明的发明人对装置和方法进行改进，达到了提高污水的处理效率的目的。
17.污水处理装置的一种具体实施方式如图1所示，包括：容器4，用于承载污水；喷射部件，位于所述容器的侧壁上，所述喷射部件数量大于等于2且呈上下排布(例如图1中示出了两个喷射部件2-1和2-2)，用于使待处理污水呈抛物面3-1和3-2喷射入所述容器4中；辐照部件，用于发出电子束或伽马射线6，并且所述电子束或伽马射线投射于所述待处理污水的抛物面上。
18.所述容器底部还设置有出料口5。
19.在一实例中，所述装置还包括催化剂承载部件，用于承载催化剂；所述催化剂承载部件位于所述容器的中部和/或底部，以使得催化剂与所述抛物面接触和/或与容器底部的污水接触。
20.将所述污水进行电子束辐照、污水与催化剂接触的步骤，可以同时进行，也可以经过间隔时间先后进行。当间隔时间先后进行时，所述间隔时间≤1min，优选地≤30s，更优选地≤10s。
21.所述催化剂承载部件与所述污水的接触方式不限，所述催化剂承载部件可以已经存在于所述污水之中；也可以所述污水先经过电子束辐照装置进行电子束辐照，然后流经一段存在有催化剂承载部件的流路。
22.在一实例中，所述污水流经一段存在有催化剂承载部件的流路，所述水在所述电离催化剂单元中的停留时间为1s-20min，优选为0.5min-5min。
23.在一实例中，所述催化剂承载部件可以已经存在于所述污水之中。
24.所述喷射部件中设置有所述喷嘴，所述喷嘴的长度与电子束的扫描宽度匹配，所述喷嘴的宽度取决于电子束的能量，即所述喷嘴的长度与电子束的扫描宽度相同。
25.一般情况下为提高对所述电子束能量的利用率，设置的水膜较薄，因此所述喷嘴具有较大的长宽比。
26.在一实例中，所述喷嘴的出水口的长度为20cm-200cm，宽度为0.5cm-5cm。
27.优选地所述喷嘴长度为100cm-150m，宽度为1cm-3cm。
28.在一实例中，呈上下排布的两个相邻所述喷射部件之间距离为1cm-100cm(例如1cm、5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm)，例如1cm-50cm，优选为10cm-40cm。通过控制相邻两个喷射部件之间的距离，使得下方的喷射部件喷射出的废水能够恰好有效利用衰减的电子束，实现效能最大化，在相同能量消耗下，能够在更短时间内处理更多的污水。
29.最上层的喷射部件为n，称为第一喷射部件，与第一喷射部件相邻的下方喷射部件为n-1，称为第二喷射部件，与第二喷射部件相邻的下方喷射部件为n-2，称为第三喷射部件，其它喷射部件的命名依次类推。
30.在一实例中，如图1所示，所述喷射部件包括第一喷射部件2-1和第二喷射部件2-2。
31.在一实例中，所述喷射部件包括第一喷射部件、第二喷射部件和第三喷射部件。
32.本发明中对所述喷射部件的个数大于等于2即可。
33.本发明的第二方面提供了一种污水处理的方法，在本发明第一方面所述的装置中进行，所述方法包括：待处理污水经过所述喷射部件呈抛物面状喷出，所述电子束辐照部件发出的电子束或伽马射线的辐照后落入容器中。
34.在一实例中，所述待处理污水在被所述电子束或伽马射线辐照的同时与催化剂承载部件上的催化剂接触，和/或，所述待处理污水在容器底部与所述催化剂承载部件上的催化剂接触。
35.在一实例中，所述喷射部件的水流速度为0.01-6m/s(例如0.01m/s、0.05m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.4m/s、0.5m/s、1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s、6m/s)。
36.在一实例中，最上方的所述喷射部件的水流速度为0.2-6m/s。
37.在一实例中，沿所述电子束或伽马射线辐照的射程方向上，上下相邻的所述喷射部件的水流速度自上而下递减，递减幅度为10％-90％，优选为60％-80％。
38.通常认为，水流速度与处理效果相关，水流较慢时，处理效果较好，但处理水量低，成本高；水流较快时，处理效果较差，但处理水量高，成本低。本发明的发明人发现，当控制合适的水流速度、设置喷射部件的水流速度以合适的幅度递减时，能够使得电子束的吸收剂量随着入射深度降低时，能够增加污水和电子束或伽马射线的接触时间，从而使得污水在相对于在电子束或伽马射线较远的方向上能够有很好的处理效果，从而在保证处理效果的前提下实现更大的处理水量和更低的成本。
39.在一实例中，所述电子束或伽马射线的吸收剂量为0.5kgy-50kgy，可以根据待处理污水的水膜厚度进行调整。
40.在一实例中，所述电子束辐照的能量为1.5mev-3.0mev，束流强度为20ma-150ma，可以根据待处理污水的水膜厚度进行调整。
41.本发明的处理工艺为电离辐照和催化剂的共同作用，处理工业有机污水，提升有机污染物的降解效果。
42.本发明可以使用各种能够与电离辐照相配合的催化剂。
43.在一实例中，所述污水为含有高分子有机化合物的污水。
44.本发明的应用范围对“高分子有机化合物”的范围没有特别的限定，对各种高分子
有机化合物都有催化降解的效果，例如cod较高的废水中常见的一些有机化合物。所述“高分子”的分子量没有特别的范围限制，但是从本发明的催化剂发挥作用的角度理解，凡是能够被降解或者需要被降解的有机化合物都可以理解为“高分子的”，例如分子量在5kda以上的。
45.本发明的电离辐照催化单元可以与各种污水处理的操作方式相配合，例如芬顿、臭氧催化氧化、膜过滤、絮凝、反渗透等。但是实际上，本发明的有机污水处理工艺仅通过所述电离催化单元配合常规的生化单元便可以实现令人满意的水处理效果。
46.在发明中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.实施例所用待处理污水的水质指标如表1所示。另外，表1还包含了根据gb18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》所规定的分级指标。
49.表1
[0050][0051]
制备例
[0052]
催化剂的制备
[0053]
(1)分别称取1mol的氯化锰、1mol的氯化钴、1mol的水合氯化镍和1mol的氯化铈溶解于1l去离子水中，获得混合金属盐溶液；使用koh溶液作为沉淀剂缓慢加入所述混合金属盐溶液中，在室温下继续搅拌12h；将所得固体沉淀用去离子水抽滤洗涤3次，80℃干燥2h；
[0054]
(2)将步骤(1)所得催化剂材料放置于马弗炉中，以2℃/min的速度升温至450℃，然后焙烧2h，得到获得含有mn、co、ni、ce多元金属的催化剂材料。
[0055]
(3)将100g海藻酸钠粉末在80℃下均匀溶解于去离子水中；然后与(2)制得的多元金属的催化剂材料均匀混合。向其中缓慢滴加质量分数为8％的氯化钙溶液。15min后，用去离子水对催化剂浸泡6-24h，获得海藻酸钠负载的多元金属复合催化剂。
[0056]
实施例1
[0057]
将待处理印染污水依次经过以下单元：
[0058]
(1)粗滤单元：向污水加入聚合物，进行曝气处理，进入泥水分离装置去除固形物；
[0059]
(2)生化单元：厌氧生化反应器，停留时间为2小时；
[0060]
(3)电离辐照催化单元：污水进入流道，在流道上方采用电子束进行辐照，能量为10mev，束流强度2ma；设置两个喷嘴，从电子束辐照方向依次命名为第一喷嘴、第二喷嘴，其中第一喷嘴的长为1m，宽为3cm，水流速度为0.3m/s；第二喷嘴的长为1m，宽为1.5cm，水流速度为0.12m/s，第一喷嘴和第二喷嘴的距离为20cm；将负载有多元金属催化剂的凝胶分散在污水中，之后将固体凝胶成分过滤。
[0061]
(4)生化单元：兼氧/好氧生化反应器，其中设置有酶浮填料，停留时间为10小时；
[0062]
(5)细滤单元：用活性砂滤去除残留污染物。收集细滤单元出口的水待检测。
[0063]
实施例2组用于说明喷嘴距离对于处理效果的影响。
[0064]
实施例2a
[0065]
与实施例1基本相同，不同的是，步骤(3)第一喷嘴和第二喷嘴的距离为40cm。
[0066]
实施例2b
[0067]
与实施例1基本相同，不同的是，步骤(3)第一喷嘴和第二喷嘴的距离为80cm。
[0068]
实施例3组用于说明喷嘴中水流速度对于处理效果的影响。
[0069]
实施例3a
[0070]
与实施例1基本相同，不同的是，步骤(3)中第二喷嘴的水流速度为0.2m/s。
[0071]
实施例3b
[0072]
与实施例1基本相同，不同的是，步骤(3)中第二喷嘴的水流速度为0.05m/s。
[0073]
实施例4
[0074]
与实施例1基本相同，不同的是，步骤(3)中在第二喷嘴的下方设置第三喷嘴，与第二喷嘴的距离为50cm，第三喷嘴的长为1m，宽为1cm，水流速度为0.02m。
[0075]
对比例1
[0076]
与实施例1基本相同，不同的是，步骤(3)中只保留第一喷嘴。
[0077]
上述实施例所得处理后水进行水质检测，结果汇总于表2中。
[0078]
表2
[0079][0080]
从表1可以看出，相对于只设置一个喷嘴的对比例1，本发明通过设置上下排布的多个喷嘴并且控制合适的水流速度和合适的递减幅度，能够很好地兼顾处理效果和处理水量。
[0081]
以上详细描述了本发明的优选实施方式。但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种污水处理装置，其特征在于，包括：容器，用于承载污水；喷射部件，位于所述容器的侧壁上，所述喷射部件数量大于等于2且呈上下排布，用于使待处理污水呈抛物面喷射入所述容器中；辐照部件，用于发出电子束或伽马射线，并且所述电子束或伽马射线投射于所述待处理污水的抛物面上。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括催化剂承载部件，用于承载催化剂；所述催化剂承载部件位于所述容器的中部和/或底部，以使得催化剂与所述抛物面接触和/或与容器底部的污水接触。3.根据权利要求1所述的装置，其中，呈上下排布的两个相邻所述喷射部件之间距离为1cm-50cm。4.一种污水处理的方法，其特征在于，在权利要求1-3中任意一项所述的装置中进行，所述方法包括：待处理污水经过所述喷射部件呈抛物面状喷出，所述电子束辐照部件发出的电子束或伽马射线的辐照后落入容器中。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述待处理污水在被所述电子束或伽马射线辐照的同时与催化剂承载部件上的催化剂接触，和/或，所述待处理污水在容器底部与所述催化剂承载部件上的催化剂接触。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，沿所述电子束或伽马射线辐照的射程方向上，上下相邻的所述喷射部件的水流速度递减，递减幅度为10％-100％。7.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述电子束或伽马射线的剂量为1kgy-50kgy。8.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述电子束辐照的能量为1.5mev-3mev，束流强度为20ma-150ma。9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述催化剂为包括过渡元素和/或稀土元素的催化剂。10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述污水为含有高分子有机化合物的污水。

技术总结
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种电离辐射污水处理的装置和方法。一种污水处理装置，包括：容器，用于承载污水；喷射部件，位于所述容器的侧壁上，所述喷射部件数量大于等于2且呈上下排布，用于使待处理污水呈抛物面喷射入所述容器中；辐照部件，用于发出电子束或伽马射线，并且所述电子束或伽马射线投射于所述待处理污水的抛物面上。本发明的装置和方法可以有效缓解污水处理压力，通过对不同喷嘴设计不同的流速，使得电子束在污水中得到充分吸收。收。收。


技术研发人员：欧阳晓平 曹留烜 陈静 齐福刚
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/25