微汙染水的深度處理的系統和方法
2023-09-18 07:24:55 1
專利名稱：微汙染水的深度處理的系統和方法
技術領域：
本發明屬於環保水處理領域，尤其涉及一種微汙染水的深度處理系統和方法。
背景技術：
此前，水汙染問題的關注焦點主要集中於水體中的化學需氧量(COD)、濁度、色度、 氮(N)、磷(P)等感官指標。隨著人民生活水平的提高，由水環境中微量汙染物引起的飲用 水衛生和安全問題也越來越被關注。據世界衛生組織(WHO)統計，目前水中汙染物已達2221種。主要為有機化學物、 碳化物、金屬物。其中，有害的有機汙染物765種，經鑑定確認其中致癌物20種，可疑致癌 物23種，致突變物56種，促癌劑18種。針對這些微量難降解有機汙染物的水(簡稱微汙 染水)，傳統的生物處理難以取得理想效果。為此，廣大科研工作者針對微汙染水提出了一 些新的處理技術用以進行深度處理，如活性炭吸附、膜過濾等。但是，這些工藝在實際應用 中均存在一定的局限性，如活性炭對大部分短鏈極性有機物的吸附能力較弱，對痕量有機 汙染物的吸附效果也較差。以臭氧氧化等為代表的高級氧化技術，因其氧化效率高、反應時間短、無二次汙 染、設備簡單等優點，在微量或痕量有機汙染物處理領域具有很大的應用潛力。但是，在控 製成本的前提下，單一的臭氧氧化一股僅將有機汙染物降解為小分子有機物，而將其完全 礦化的能力較弱。因此，需結合其他技術以提高臭氧氧化對微汙染水深度處理的處理效果。
發明內容
本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提供一種微汙染水深度處理系統和 方法，具有操作簡單、能顯著提高水質、臭氧使用效率高、並能同步脫色殺菌的優點。為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案本發明的一種微汙染水的深度處理系統，其特徵在於，該系統包括臭氧發生器，紫 外臭氧反應器，催化臭氧化反應器；紫外臭氧反應器上端分別設有進水口和出氣口，紫外臭 氧反應器底部和下端分別設有進氣口和出水口，催化臭氧化反應器上部分別設有進水口和 出氣口，催化臭氧化反應器底部和下端分別設有進氣口和出水口，其中，該紫外臭氧反應器 進氣口與臭氧發生器的出氣口相連，紫外臭氧反應器的出氣口與催化臭氧化反應器進氣口 相連，紫外臭氧反應器的出水口與催化臭氧化反應器的進水口相連；紫外臭氧反應器的進 水口作為系統待處理的微汙染水的進口，催化臭氧化反應器的出水口為系統的淨水出口。 催化臭氧化反應器的出氣口為系統尾氣出口。採用上述的系統的微汙染水的深度處理方法，其特徵在於，該方法包括以下步 驟1)打開系統電源，微汙染水首先從紫外臭氧反應器上部進水口進入紫外臭氧反應 器，臭氧發生器產生的臭氧從紫外臭氧反應器底部進氣口進入紫外臭氧反應器中控制紫外 臭氧反應器中臭氧濃度為0. 05-100mg/L,反應停留時間為2. 0-50. Omin ；
2)紫外臭氧反應器處理後的出水經催化臭氧化反應器上部的進水口進入催化 臭氧化反應器中，紫外臭氧反應器中的臭氧從紫外臭氧反應器上部的出氣口經催化臭氧 化反應器底部進氣口進入催化臭氧化反應器中；汙水在催化臭氧化反應器中停留處理 2. 0-60. Omin以後從催化臭氧化反應器下部出水口排出。本發明的優點是(1)通過將UVZO3反應器和催化臭氧化反應器相串聯，增強了臭氧向液相的傳質效 率，提高臭氧的利用率；(2)集成UV/03、催化臭氧化、吸附等化學、物理技術對微汙染水進行深度處理，去 除微量或痕量有機汙染物，並同步實現殺菌與脫色。(3)本方法反應速度快，微汙染物的去除效率高(大於90% )，汙染物被礦化程度
尚ο
圖1為本發明微汙染水的深度處理系統結構示意圖。
具體實施例方式本發明的一種微汙染水的深度處理系統和方法結合附圖詳細說明如下本發明的系統組成，如圖1所示，該系統包括臭氧發生器1，紫外臭氧(UV/03)反應 器2，催化臭氧化反應器3 ;UV/03反應器2上端分別設有進水口 4和出氣口 7，UVZO3反應器 底部和下端分別設有進氣口 5和出水口 6，催化臭氧化反應器3底部和下端分別設有進氣 口 8和出水口 10，催化臭氧化反應器上部分別設有進水口 9和出氣口 11，其中，該而/03反 應器2進氣口 5與臭氧發生器1的出氣口相連，UV/03反應器2的出氣口 7與催化臭氧化反 應器3進氣口 8相連，UVZO3反應器2的出水口 6與催化臭氧化反應器3的進水口 9相連； UVZO3反應器2的進水口 4作為系統待處理的微汙染水的進口，催化臭氧化反應器3的出水 口 10為系統的淨水出口。催化臭氧化反應器3的出氣口 11為系統尾氣出口。上述UVZo3反應器內設有UV燈，紫外燈主波長範圍可為200-320nm，燈管外套有石 英玻璃保護管；在催化臭氧化反應器中裝稀土瓷球填料作為催化劑，瓷球的主要成分為二氧化矽 (SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鐵(Fii2O3)、二氧化錳(MnO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鈰(CeO2)中 的兩種或三種以上的混合物；稀土瓷球的比表面積為100-2000m2/g，粒徑為0. 1-10. 0mm。本發明系統中各部件的實施例為臭氧發生器1，採用青島國林CF-G-3-010G型臭氧發生器，最大臭氧產量為氧氣 10g/h臭氧濃度為氧氣10 50mg/L，進氣流量為氧氣0. 08 0. 8m3/h,輸入電源220V， ph/50Hz，最大功率 0. Ikw ；UVZO3反應器2，採用福建新大陸的NLC-050，內裝UV燈功率為40W，有效UV功率 為；35%，UV燈主波長為253. 7nm ；催化臭氧化反應器3中以稀土瓷球為填料，稀土瓷球的主要成分為Si02、A1203、 Fe2O3^MnO2 ；稀土瓷球比表面積為800m2/g ；稀土瓷球粒徑為4. 0mm。本發明提出的採用上述系統的微汙染水的深度處理方法，其操作步驟及處理流程如下1)打開系統電源，微汙染水首先從UVZO3反應器上部進水口進入UVZO3反應器2， 臭氧發生器ι產生的臭氧從從UVZO3反應器底部進氣口進入UVZO3反應器中控制UVZO3反 應器中臭氧濃度為0. 05-100mg/L,反應停留時間為2. 0-50. Omin，大分子有機物被降解為 小分子有機物、CO2和水；該步驟利用O3能夠吸收主波長200-320nm的紫外光分解產生具有強氧化性且選 擇性弱的羥基自由基(· OH)從而將微量有機汙染物降解。此外，在紫外光的作用下，還可 將水中的汙染物分子激發活化，使有機汙染物更容易降解去除；2) UVZO3反應器2處理後的出水經催化臭氧化反應器3上部的進水口 9進入催化 臭氧化反應器3中，UV/03反應器2中的臭氧從UV/03反應器2上部的出氣口經催化臭氧化 反應器3底部進氣口 8進入催化臭氧化反應器3中；汙水在催化臭氧化反應器中停留處理 2. 0-60. Omin以後從催化臭氧化反應器3下部出水口排出。該步驟在催化劑填料的作用下，臭氧分子和有機汙染物分子被同時吸附到其 表面，金屬氧化物表面的Lewis酸能促使臭氧分子快速出分解活潑的· 0H，從而引發自 由基鏈反應降解有機汙染物(此類催化劑在反應體系中既增加了臭氧從氣相向水相轉 移的傳質速率，也提高了羥基自由基的生成效率；汙水在催化臭氧化反應器中停留處理 2. 0-60. Omin以後，剩餘的微量小分子有機物大部分被礦化為CO2和水。此時總有機碳 (TOC)去除率明顯提高，殘留的微量小分子有機物可被大比表面積的瓷球填料進一步吸附 而去除)採用本方法處理後的出水中殘留汙染物濃度採用高效液相色譜(HPLC)檢測，微 汙染物的去除效率為90-95%。本發明方法集成UV/03、催化臭氧化、吸附等化學、物理技術對微汙染水進行深度 處理，去除微量或痕量有機汙染物，並同步實現殺菌與脫色。具有反應速度快，微汙染物的 去除效率高，汙染物被礦化程度高的優點。本發明中方法操作的實施例為1)打開系統電源，微汙染水經泵加入而/03反應器中，調節臭氧發生器中O3濃度 為0. lmg/L, O3由臭氧發生器經進氣口 5進入UVZO3反應器，UV/03反應器內裝UV燈功率為 40W, UV燈主波長為2Mnm ；UV/03高級氧化反應開始，設定反應停留時間為15min。幻而/03反應器處理後的水溶液和氣體分別經進水口 9和進氣口 8進入催化臭 氧化反應器，進行催化臭氧化反應，催化臭氧化反應器3中稀土瓷球的主要成分為Si02、 A1203、Fe2O3^ MnO2 ；稀土瓷球比表面積為800m2/g ；稀土瓷球粒徑為4. Omm ；反應器設定停留 處理為15min以後從催化臭氧化反應器3下部出水口排出。出水中殘餘的微量汙染物濃度採用HPLC檢測，微汙染物的去除效率為90-95%。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種微汙染水的深度處理系統，其特徵在於，該系統包括臭氧發生器，紫外臭氧反應 器，催化臭氧化反應器；紫外臭氧反應器上端分別設有進水口和出氣口，紫外臭氧反應器底 部和下端分別設有進氣口和出水口，催化臭氧化反應器上部分別設有進水口和出氣口，催 化臭氧化反應器底部和下端分別設有進氣口和出水口，其中，該紫外臭氧反應器進氣口與 臭氧發生器的出氣口相連，紫外臭氧反應器的出氣口與催化臭氧化反應器進氣口相連，紫 外臭氧反應器的出水口與催化臭氧化反應器的進水口相連；紫外臭氧反應器的進水口作為 系統待處理的微汙染水的進口，催化臭氧化反應器的出水口為系統的淨水出口。催化臭氧 化反應器的出氣口為系統尾氣出口。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述紫外臭氧反應器內設有UV燈，紫外燈 主波長可範圍200-320nm。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，在催化臭氧化反應器中以稀土瓷球為 催化劑填料，稀土瓷球的主要成分為二氧化矽SiO2、氧化鋁Al2O3、氧化鐵!^e2O3、二氧化錳 MnO2、二氧化鈦TiO2、氧化鈰CeO2中的兩種或三種以上的混合物；稀土瓷球的比表面積為 100-2000m2/g，粒徑為 0. 1-10. 0mm。
4.採用根據權利要求1所述的系統的微汙染水的深度處理方法，其特徵在於，該方法 包括以下步驟1)打開系統電源，微汙染水首先從紫外臭氧反應器上部進水口進入紫外臭氧反應器， 臭氧發生器產生的臭氧從紫外臭氧反應器底部進氣口進入紫外臭氧反應器中控制紫外臭 氧反應器中臭氧濃度為0. 05-100mg/L,反應停留時間為2. 0-50. Omin ；2)紫外臭氧反應器處理後的出水經催化臭氧化反應器上部的進水口進入催化臭氧化 反應器中，紫外臭氧反應器中的臭氧從紫外臭氧反應器上部的出氣口經催化臭氧化反應器 底部進氣口進入催化臭氧化反應器中；汙水在催化臭氧化反應器中停留處理2. 0-60. Omin 以後從催化臭氧化反應器下部出水口排出。
全文摘要
本發明涉及微汙染水深度處理的系統和方法，屬於環保水處理領域，該系統包括將臭氧發生器的出氣口與UV/O3反應器及催化臭氧化反應器進氣口依次相連，將UV/O3反應器出水口與催化臭氧化反應器的進水口相連。該方法集成光化學、催化臭氧化、吸附等物理化學手段將水中的微量難降解有機物汙染物去除。整個處理過程中，臭氧採用串聯給氣方式，提高了臭氧的使用效率，降低了處理成本。該工藝設備結構簡單、易操作管理、可同步實現有機物降解、殺菌和脫色。
文檔編號C02F9/04GK102107967SQ20111002102
公開日2011年6月29日 申請日期2011年1月18日 優先權日2011年1月18日
發明者徐武軍, 王凱軍, 閻中, 陳健 申請人:清華大學, 福建新大陸環保科技有限公司