CN102674641B

CN102674641B - 一种紫外光臭氧反应工艺及其装置

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Publication number: CN102674641B
Application number: CN201210194170.9A
Authority: CN
Inventors: 袁伟光; 焦伟丽; 赵锐柏; 曾庆波
Original assignee: DONGGUAN ZHUJIANG SALINE WATER DESALINATION INSTITUTE
Current assignee: DONGGUAN ZHUJIANG SALINE WATER DESALINATION INSTITUTE
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: CN102674641A

Abstract

本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种紫外光臭氧反应工艺及其装置；一种紫外光臭氧反应工艺，它包括以下方法步骤：（a）预处理、（b）气液混合、（c）UV反应、（d）活性炭过滤、（e）生物滤塔过滤、（f）出水。本发明通过纳米气泡泵，使废水与纳米气泡泵内的臭氧及空气充分混合，产生无数个直径为10微米~50微米的微气泡，这些微气泡性能稳定、气液混合比大，不易相互聚合成大气泡而导致破裂，气液接触面积比常规的曝气器等大几百倍，因此反应速度为常规的曝气器等的几百倍；废水中残余的臭氧经过活性炭过滤，无需进行尾气处理。本发明的臭氧利用率高，反应速度快，产水澄清，处理效果好。

Description

一种紫外光臭氧反应工艺及其装置

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种紫外光臭氧反应工艺及其装置。

背景技术

大量的基础研究发现，在紫外光（UV）的作用下，臭氧（O₃）和双氧水（H₂O₂）都能产生羟基自由基[.OH]，它可以使废水中的污染物的分子链断裂，从而实现废水中的污染性有机物的降解及脱色，并且理论上可以使污染性有机物一直降解为到CO₂和H₂O。例如在印染、皮革、制药、化工等废水处理中，可以迅速而显著的使废水脱色，化学耗氧量（COD）降低，而生物耗氧量（BOD）升高。因此，它在废水的生化前预处理或生化后的深度处理都有着很大的应用潜力。

为了使这个研究发现应用于工业化生产中，许多发明者都做了许多努力，但是结果都不尽如人意，主要原因是：1.臭氧在废水中溶解度很低，溶解速度慢，通常使用的穿孔管或微孔曝气器，产生的臭氧气泡直径较大，在上升过程中会迅速相互融合成大气泡离开水体，这不但造成臭氧利用率低，处理效果差，而且排气处臭氧浓度高，需做尾气处理。2.废水往往带有色度、悬浮物，阻挡了紫外光在废水中穿透，并使紫外灯的石英玻璃管表面结垢，更阻挡了紫外光发射，这些都限制了该技术的应用。

因此，亟需一种新的紫外光臭氧反应工艺及反应装置，能够克服现有技术存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供能够克服现有技术中的臭氧利用率低、反应速度慢、处理效果差的缺点的一种紫外光臭氧反应工艺及其装置。

本发明的目的是这样实现的。

一种紫外光臭氧反应工艺，它包括以下方法步骤：

（a）预处理：废水通过预处理，去除悬浮物、浊度及色度；

（b）气液混合：经过步骤（a）处理的废水经过纳米气泡泵，与纳米气泡泵内的臭氧及空气充分混合，产生无数个直径为10微米~50微米的微气泡，臭氧被压缩于微气泡中；

（c）UV反应：经过步骤（b）处理的废水在UV光的催化下，臭氧产生羟基自由基[·OH]，羟基自由基[·OH]使废水中的污染物的分子链断裂，污染物被逐步降解；

（d）活性炭过滤：经过步骤（c）处理的废水中残余的臭氧及污染物被活性炭吸附；

（e）生物滤塔过滤：经过步骤（d）处理的水经过生物滤塔，水中的污染物被细菌分解，使产水澄清；

（f）出水。

其中，所述步骤（c）UV反应具体为：经过步骤（b）处理的废水在UV光的催化下，臭氧产生羟基自由基[·OH]，羟基自由基[·OH]使废水中的污染物的分子链断裂，同时输入超声波，使微气泡增压，污染物被逐步降解。

进一步的，于所述（c）UV反应之后，所述（d）活性炭过滤之前，还包括步骤（c1）浮渣气液分离：微气泡在气液分离塔里聚集上浮、破裂，实现气液分离；废水中的微油滴及杂质与微气泡形成的浮渣，也与废水分离。

一种紫外光臭氧反应装置，它包括纳米气泡泵、臭氧发生器、UV反应塔、活性炭反应塔、生物滤塔，臭氧发生器与所述纳米气泡泵连接，废水依次通过所述纳米气泡泵、所述UV反应塔、所述活性炭反应塔及所述生物滤塔。

进一步的，它还包括超声波发生器，所述超声波发生器与所述UV反应塔连接。

进一步的，它还包括浮渣气液分离塔，所述浮渣气液分离塔设置于所述UV反应塔与所述活性炭反应塔之间。

进一步的，它还包括提升泵，所述提升泵的进水端口与所述浮渣气液分离塔连接，所述提升泵的出水端口与所述活性炭反应塔连接。

进一步的，它还包括反洗泵，所述反洗泵的进水端口与所述活性炭反应塔连接，所述反洗泵的出水端口与所述生物滤塔的下部连接。

更进一步的，所述活性炭反应塔与所述生物滤塔通过第一管道连接，所述第一管道设有第一阀门；所述反洗泵的出水端口与所述生物滤塔的下部通过第二管道连接，所述第二管道设有第二阀门。

其中，所述UV反应塔设有紫外灯。

本发明的有益效果：本发明的一种紫外光臭氧反应工艺及其装置，通过纳米气泡泵，使废水与纳米气泡泵内的臭氧及空气充分混合，产生无数个直径为10微米~50微米的微气泡，臭氧被压缩于微气泡中；这些微气泡性能稳定、直径小，气液混合比大，不易相互聚合成大气泡而导致破裂，气体在水中混合，远大于亨利定律预测的平衡溶解量，气液接触面积比常规的曝气器等大几百倍，因此，羟基自由基[·OH]与废水中的污染物的反应速度为常规的曝气器等的几百倍；废水中残余的臭氧经过活性炭过滤，无需进行尾气处理。本发明的臭氧利用率高，反应速度快，产水澄清，处理效果好。

附图说明

图1为本发明的一种紫外光臭氧反应工艺的工艺原理图。

图2为本发明的一种紫外光臭氧反应装置的结构示意图。

附图标记：

1——纳米气泡泵 2——臭氧发生器

3——UV反应塔 4——活性炭反应塔

5——生物滤塔 6——浮渣气液分离塔

7——提升泵 8——反洗泵

9——紫外灯 10——超声波发生器

11——第一管道 12——第一阀门

13——第二管道 14——第二阀门。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不受下述实施例的限定。

实施例1。

一种紫外光臭氧反应工艺，它包括以下方法步骤：

（a）预处理：废水通过预处理，去除悬浮物、浊度及色度；

（f）出水。

实施例2。

如图1所示，一种紫外光臭氧反应工艺，它由以下方法步骤组成：

（a）预处理：废水通过预处理，去除悬浮物、浊度及色度；

（c）UV反应：经过步骤（b）处理的废水在UV光的催化下，臭氧产生羟基自由基[·OH]，羟基自由基[·OH]使废水中的污染物的分子链断裂，同时输入超声波，使微气泡增压，污染物被逐步降解；

（c1）浮渣气液分离：微气泡在浮渣气液分离塔里聚集上浮、破裂，实现气液分离；废水中的微油滴及杂质与微气泡形成的浮渣，也与废水分离；

（f）出水。

步骤（a）预处理中，废水通过电絮凝、澄清、过滤等预处理，去除悬浮物、浊度及部分色度，使之澄清透亮，即使还有部分色度，但仍澄清，透光性良好，不会在UV管外面沉积结垢。

步骤（c）UV反应中，往UV反应塔中输入超声波，使微气泡增压，即通常所认为的超声波的空爆原理，于是[·OH]与废水中的有机物反应便会在微气泡表面上以高压状态进行，大大的加快反应速度。

步骤（d）活性炭过滤过程中，活性炭的吸附功能使反应物由水中的低浓度向碳表面高浓度富集，更有利于反应的进行。残余的臭氧及污染物在活性炭空隙内发生催化反应。

步骤（e）生物滤塔过滤中，生物滤塔内置活性炭或者陶粒，可以生成为细菌生长的载体，透过前面的臭氧反应后，水中污染物大部分已经成为易生物降解的小分子，很容易被细菌分解，而产水澄清。

将本发明应用于废水站的末端排水的处理，效果显著。印染、印花、造纸、皮革、化工行业的废水站排水COD一般都达不到COD<100的一级标准，不能直接进入RO系统进行回用水处理，也未达到COD<30～60的中小回用水质，经过本发明的工艺处理后，产水的COD就能达到<30～60，BOD：COD＞0.35。

将本发明应用于废水深度除油、除浊度预处理，效果更显著。需要深度除油的废水，如化工、油田废水，一般都已经过絮凝澄清、过滤，但都难于达到含油低于5ppm的要求。经过本发明的工艺处理后，往水中加入少量表面活性剂，就能轻易达到含油低于5ppm的要求，此时O₃耗量仅需5～10ppm即可。

实施例3。

如图2所示，一种用于实现实施例1的紫外光臭氧反应工艺的紫外光臭氧反应装置，它包括纳米气泡泵1、臭氧发生器2、UV反应塔3、活性炭反应塔4、生物滤塔5，臭氧发生器2与所述纳米气泡泵1连接，废水依次通过所述纳米气泡泵1、所述UV反应塔3、所述活性炭反应塔4及所述生物滤塔5。图中实线箭头代表水的流向，图中虚线箭头代表浮渣的流向。

纳米气泡泵1是一种气液高速混合泵，臭氧发生器2输送臭氧O₃至纳米气泡泵1。臭氧O₃与空气在纳米气泡泵1内与经过预处理的废水充分混合，形成无数个直径为10微米~50微米的纳米级微气泡，臭氧被强制性的压缩在这些微气泡中。这些微气泡特性是稳定，气液混合比大，不易相互聚合成大气泡而导致破裂，气体在水中混合，远大于亨利定律预测的平衡溶解量，气液接触面积比常规的曝气器等大几百倍，因此，臭氧与水中污染物的反应速度为常规的曝气器等的几百倍。

活性炭反应塔4内置活性炭，废水中残余的臭氧及污染物被活性炭吸附，并在活性炭空隙内发生催化反应，这个过程中，活性炭的吸附功能使反应物由水中的低浓度向碳表面高浓度富集，更有利于反应的进行。

生物滤塔5内置活性炭或者陶粒，可以生成为细菌生长的载体，透过前面的臭氧反应后，水中污染物大部分已经成为易生物降解的小分子，很容易被细菌分解，而产水澄清。生物滤塔5也就是曝气生物滤池（BAF）。

本实施例还包括浮渣气液分离塔6，所述浮渣气液分离塔6设置于所述UV反应塔3与所述活性炭反应塔4之间。微气泡在浮渣气液分离塔6里聚集上浮、破裂，实现浮渣气液分离；废水中的微油滴及杂质与微气泡形成的浮渣，也与废水分离，浮渣气液分离塔6可用于分离UV反应塔3产生的浮渣。

本实施例还包括提升泵7，所述提升泵7的进水端口与所述浮渣气液分离塔6连接，所述提升泵7的出水端口与所述活性炭反应塔4连接。提升泵7将浮渣气液分离塔6的底部的废水提升输送至活性炭反应塔4的上部。

本实施例还包括反洗泵8，所述反洗泵8的进水端口与所述活性炭反应塔4连接，所述反洗泵8的出水端口与所述生物滤塔5的下部连接。生物滤塔使用了一定时间后，需要通过反洗泵8进行清洗和反冲洗，防止堵塞。所述活性炭反应塔4与所述生物滤塔5通过第一管道11连接，所述第一管道11设有第一阀门12；所述反洗泵8的进水端口与所述活性炭反应塔4连接，所述反洗泵8的出水端口与所述生物滤塔5的下部通过第二管道13连接，所述第二管道13设有第二阀门14。紫外光臭氧反应时，第二阀门14关闭，从活性炭反应塔4流出的水通过第一管道11进入生物滤塔5，实现分解污染物小分子的作用。当需要冲洗生物滤塔5时，第一阀门12关闭，从活性炭反应塔4流出的水通过第二管道13从下而上进入生物滤塔5，实现反冲洗生物滤塔5，防止生物滤塔5堵塞，反冲洗后的水从生物滤塔5的上部排出外界。

本实施例所述UV反应塔3设有紫外灯9。UV反应塔3的高度4~6米。

实施例4。

本实施例与实施例3的不同之处在于：本实施例还包括超声波发生器10，所述超声波发生器10与所述UV反应塔3连接。超声波发生器10往UV反应塔3中输入超声波，使微气泡增压，即通常所认为的超声波的空爆原理，于是[·OH]与废水中的有机物反应便会在微气泡表面上以高压状态进行，大大的加快反应速度。

在本实施例中未解释的特征，采用实施例3中的解释，在此不再进行赘述。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims

1.一种紫外光臭氧反应工艺，其特征在于：应用于紫外光臭氧反应工艺的紫外光臭氧反应装置包括纳米气泡泵、臭氧发生器、UV反应塔、活性炭反应塔、生物滤塔和超声波发生器，臭氧发生器与所述纳米气泡泵连接，废水依次通过所述纳米气泡泵、所述UV反应塔、所述活性炭反应塔及所述生物滤塔，所述超声波发生器与所述UV 反应塔连接；它还包括浮渣气液分离塔，所述浮渣气液分离塔设置于所述UV反应塔与所述活性炭反应塔之间；

所述紫外光臭氧反应工艺它包括以下方法步骤：

（a）预处理：废水通过预处理，去除悬浮物、浊度及色度；

（b）气液混合：经过步骤（a）处理的废水经过纳米气泡泵，与纳米气泡泵内的臭氧及空气充分混合，产生直径为10微米~50微米的微气泡，臭氧被压缩于微气泡中；

（f）出水。

2.根据权利要求1所述的一种紫外光臭氧反应工艺，其特征在于：它还包括提升泵，所述提升泵的进水端口与所述浮渣气液分离塔连接，所述提升泵的出水端口与所述活性炭反应塔连接。

3.根据权利要求1所述的一种紫外光臭氧反应工艺，其特征在于：它还包括反洗泵，所述反洗泵的进水端口与所述活性炭反应塔连接，所述反洗泵的出水端口与所述生物滤塔的下部连接。

4.根据权利要求3所述的一种紫外光臭氧反应工艺，其特征在于：所述活性炭反应塔与所述生物滤塔通过第一管道连接，所述第一管道设有第一阀门；所述反洗泵的出水端口与所述生物滤塔的下部通过第二管道连接，所述第二管道设有第二阀门。

5.根据权利要求2~4任意一项所述的一种紫外光臭氧反应工艺，其特征在于：所述UV反应塔设有紫外灯。