CN102874982B - 紫外/纯氧微气泡协同处理印染废水的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种紫外/纯氧微气泡协同处理印染废水的系统及其方法，所述系统包括：纯氧气源装置，微气泡发生器，反应器，紫外灯组，反应器折流板；微气泡发生器包括进水口（2）、进气口（5）以及出水口（6）；反应器一侧底部的反应器进水口（7）与所述微气泡发生器出水口（6）相连；反应器内部安装有紫外灯组（9）以及折流板（12）；反应器另一侧底部设有反应器出水口，顶部设有集气管（11）；集气管与好氧生化处理单元连接。本方法利用纯氧微气泡在紫外协同作用下，与印染废水反应，出水的脱色率可达80%-95%，出水水质较好，且纯氧的传质效率可达99%以上，反应器中溢出的纯氧可重新利用，有效降低废水处理成本。

Description

紫外/纯氧微气泡协同处理印染废水的系统及其方法

技术领域

本发明涉及环境保护、工业水处理等应用技术领域，特别是一种利用紫外/纯氧微气泡处理印染废水的系统和方法，主要针对高色度印染废水的处理。

背景技术

印染废水具有水量大、有机物含量高、色度高、成份复杂、可生化性差等特点，随着染料品种的日益繁多，印染废水逐渐朝着抗生物氧化的方向发展，从而使废水的处理难度越来越大，因此高级氧化技术如臭氧、臭氧/紫外等逐渐进入印染废水处理工序。然而臭氧虽有极强的氧化作用，但臭氧分子进行选择性氧化，其氧化能力及效果均不及羟基自由基，为此促使臭氧分解产生更多的羟基自由基的氧化方法如臭氧/紫外、臭氧/H₂O₂工艺得以研究开发，但是臭氧的制备能耗较高、传质效率较低，逸出的臭氧尾气不仅污染周边大气环境，而且会对操作工人带来严重的急性或慢性健康伤害。

因此寻找一种既不污染环境、又不会对操作工人带来健康损害，同时可产生大量强氧化性、无选择性反应的羟基自由基的处理方法迫在眉睫。本发明以纯氧为气源、利用微气泡可产生羟基自由基、提高气液传质效率的特性和紫外协同氧化处理高色度印染废水。

发明内容

本发明旨在解决上述技术缺陷，利用微气泡发生器与纯氧、紫外结合进行印染废水脱色，提供了一种结构紧凑、操作简便、处理效率高的印染废水处理系统和方法，不仅氧传质效率高，而且尾气还可回收导入好氧生化处理单元进行能源的充分利用。

本发明以纯氧为气源，主要是针对某些工业园区内纯氧为企业产品生产过程中的废弃副产物，如石化、化工、钢铁、电力等行业空气分离装置制氮、制氩时同时分离出的放空氧气，而园区内同时有高色度印染废水产生，传统的生物处理技术又无法使印染废水达标排放，因此在印染废水生化处理后实施本发明的紫外/纯氧微气泡工艺，不仅可以有效提高印染废水出水水质，还可就近有效利用纯氧副产品，实现园区经济循环发展。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种紫外/纯氧微气泡协同处理印染废水的系统，其特征在于，所述系统包括：纯氧气源装置（4），微气泡发生器（3），反应器（8），紫外灯组（9），反应器折流板（12）；所述微气泡发生器（3）包括吸入印染废水生化出水的微气泡发生器进水口（2）、吸入氧气的微气泡发生器进气口（5）以及将微气泡发生器生成的气水混合液流出的微气泡发生器出水口（6）；所述反应器一侧底部的反应器进水口（7）与所述微气泡发生器出水口（6）相连；所述反应器内部安装有紫外灯组（9），以及反应器折流板（12）；所述反应器另一侧底部设有反应器出水口，顶部设有排放尾气的集气管（11）；集气管与好氧生化处理单元连接。

优选地，所述微气泡发生器进水口（2）与印染废水生化出水池（1）相连，所述印染废水生化出水池用于盛放经过好氧生化处理单元处理过的印染废水。

优选地，所述紫外灯组（9）中的紫外灯是低压紫外灯或中压紫外灯。

优选地，所述反应器中设置反应器折流板（12）是从反应器进水方向向反应器出水方向顺序排列的多组紫外线灯组，每组紫外线灯组两侧均设有一组反应器折流板，所述反应器折流板垂直于反应器进水方向，每组反应器折流板间距为0.5-1m，两组相邻的反应器折流板间临近的折流板间距为0.1-0.4m。

本发明还提出一种利用如权利要求1所述的紫外/纯氧微气泡协同处理印染废水系统的印染废水处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一.将经好氧生化处理单元处理得到的印染废水生化出水接入微气泡发生器进水口，将纯氧气源装置（4）接入到微气泡发生装置进气口（5）；

步骤二.开启微气泡发生器（3），将待处理的所述印染废水生化出水通过微气泡发生器进水口（2）抽吸至微气泡发生器中，并利用微气泡发生器内形成的负压使纯氧从微气泡发生装置进气口（5）自动吸入；

步骤三.微气泡发生器将生成的纯氧和印染废水生化出水的气水混合液从微气泡发生器出口（6）流出并从反应器（8）底部的反应器进水口（7）进入反应器；

步骤四.反应器中的紫外灯组（9）与纯氧微气泡进行协同氧化，气水混合液通过折流板（12）流向反应器出水口（10），气水混合液在反应器内停留预定时间后从反应器出水口（10）排放；

步骤五.反应器中的尾气经集气管（11）收集后导入好氧生化处理单元。

优选地，所述印染废水生化出水是经过缺氧或好氧生化处理工艺处理后的印染废水，pH在6-9之间。

优选地，所述印染废水生化出水是经过缺氧或好氧生化处理工艺处理后的印染废水，pH在6.5-7.5之间。

优选地，其特征在于，所述纯氧气源装置中的纯氧纯度范围是90%-99%，向所述微气泡发生器进气口（5）导入的纯氧量为0.5-10L/min。

优选地，步骤四后还包括将反应器出水口排放的出水部分回流至微气泡发生器的进水口的步骤。

优选地，所述微气泡发生器产生的气泡平均粒径D₃₂在34-50μm之间。

本发明的优点在于利用微气泡的特性（气泡粒径小、气液接触面大；气泡上升速度慢，水中停留时间长；气泡内部压力大，气体溶解性强，气液传质系数高，气泡破裂产生羟基自由基）及紫外的协同氧化作用，提高纯氧的氧化效果，降低废水处理的运行成本；此外微气泡装置构造简单、占地面积小，降低企业的投资成本。使用纯氧气源中不会污染周边环境，也不会给操作工人带来健康伤害，纯氧尾气还可收集回用于好氧生化处理单元。本发明利用石化、化工、钢铁、电力等行业空气分离装置制氮、氩时产生的放空氧气，结合紫外、微气泡技术，协同处理印染废水，不仅达到较高的脱色率，而且实现了剩余氧气的资源化利用。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明紫外/纯氧微气泡处理印染废水的系统示意图。

图2为本发明反应器回流示意图。

图3为紫外/纯氧微气泡的协同效应定量表示图。

1.印染废水生化出水池        2.微气泡发生器进水口

3.微气泡发生器              4.纯氧气源装置

5.微气泡发生器进气口        6.微气泡发生器出水口

7.反应器进水口        8.反应器

9.紫外灯组            10.反应器出水口

11.集气口1            2.反应器折流板

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1为本发明一个实施例的紫外/纯氧微气泡处理印染废水的系统示意图。

如图1所示，紫外/纯氧微气泡处理印染废水的系统包括：纯氧气源装置（4），微气泡发生器（3），反应器（8），紫外灯组（9），反应器折流板（12）。所述微气泡发生器（3）包括吸入印染废水生化出水的微气泡发生器进水口（2）、吸入氧气的微气泡发生器进气口（5）以及将微气泡发生器生成的气水混合液流出的微气泡发生器出水口（6）；所述反应器一侧底部的反应器进水口（7）与所述微气泡发生器出水口（6）相连；所述反应器内部安装有紫外灯组（9），为加强微气泡的作用和提高纯氧传质效果反应器内部还设有折流板（12）；所述反应器另一侧底部设有反应器出水口，顶部设有排放尾气的集气管（11）；为了提高纯氧气源的使用效率，集气管与好氧生化处理单元连接。

微气泡发生器进水口（2）与印染废水生化出水池（1）相连，所述印染废水生化出水池盛放的印染废水生化出水是经过上述好氧生化处理单元处理过的印染废水。

其中，紫外灯组中的紫外灯是低压紫外灯或中压紫外灯。

反应器中设置的紫外线灯组可以是多组，并从反应器进水方向向反应器出水方向顺序排列，每组紫外线灯组两侧均设有一组反应器折流板（如：（12a，12b）、（12c，12d）），反应器折流板垂直于反应器进水方向，每组反应器折流板间距为0.5-1m，两组相邻的反应器折流板间临近的折流板间距为0.1-0.4m。

每组折流板中靠近反应器进水口（7）侧的近端折流板（如：12a，12c）下端安装在反应器底部，上端与反应器顶端保持间距，水流从近端折流板上面通过，每组折流板中远离反应器进水口（7）侧的远端折流板（如：12b，12d）上端安装在反应器顶部，下端悬空，水流从远端折流板上面通过，进而达到了水流的折流。

本发明利用紫外/纯氧微气泡处理印染废水的方法如下：

步骤一.将好氧生化处理单元处理得到的印染废水生化出水接入微气泡发生器进水口，将纯氧气源装置（4）接入到微气泡发生装置进气口（5）。

步骤二.开启微气泡发生器（3），将待处理的所述印染废水生化出水通过微气泡发生器进水口（2）抽吸至微气泡发生器中，并利用微气泡发生器内形成的负压使纯氧从微气泡发生装置进气口（5）自动吸入。

步骤三.微气泡发生器将生成的纯氧和印染废水生化出水的气水混合液从微气泡发生器出口（6）流出并从反应器（8）底部的反应器进水口（7）进入反应器。

步骤四.反应器中的紫外灯组（9）与气水混合液中的纯氧微气泡对气水混合液中的印染废水生化出水进行协同氧化，气水混合液通过折流板（12）流向反应器出水口（10），气水混合液在反应器内停留预定时间后从反应器出水口（10）排放。

步骤五.反应器中的尾气经集气管（11）收集后导入所述好氧生化处理单元。

由于气水混合液反应后所逸出的尾气中纯氧占有很大比例，为了提高氧气的利用效率，可以将步骤五中所述的好氧生化处理单元作为印染废水的预处理单元，即利用好氧生化处理单元对印染废水进行好氧生化处理，获得印染废水生化出水。

本发明所处理的印染废水生化出水是经过生化处理后的高色度印染废水，即采用印染行业常用的缺氧、好氧生化处理措施处理后的印染废水，优选pH在6.5-7.5之间。

本发明纯氧气源装置中的氧气可以是市售工业用纯氧，或是石化、化工、钢铁、电力等行业生产氮气、氩气产生的废弃排空氧气，也可以由空气经制氧机产生。优选地，纯氧气源的纯度范围是90%-99%，向所述微气泡发生器进气口（5）导入的纯氧量为0.5-10L/min。

为了提高废水的处理效果可以适当提高气水混合液在反应器内停留的预定时间，停留时间越长，处理效果越好；考虑到废水处理的工作效率可以将预定时间设置在40-120min内。

由于印染废水的构成成分不同，不同的印染废水降解的难易程度是不同的，当系统导入的印染废水生化出水水质出现波动时，为了提高经系统处理后的出水水质，可以按一定的回流比率对反应器出水进行回流，即将经反应器处理后的出水重新导入微气泡发生器的进水口，与未经处理的印染废水生化出水混合后再次进行废水处理，加速反应的进行。其中，回流比率为经反应器处理后用于回流的反应器出水与反应器进水流量的比值，回流比率与印染废水降解的难易程度相关，降解程度越难回流比率越大：

如图2所示：假设反应器的体积为V，反应器进水流量Q一定且与微气泡发生器进水流量一致，Q=Q₀+Q₁，其中，废水（即未经处理的印染废水生化出水）进水流量为Q₀，回流量为Q₁，回流比=Q₁/Q₀，而废水的停留时间t（即废水在反应器中的反应时间）=V/Q₀；经过反应器处理后，反应器出水流量为Q，回流量为Q₁，排出水量为Q₀。进行废水处理时，若系统进水水质较好或易降解，回流量Q₁=0，出水即可满足出水要求。但当系统进水水质较差或难降解时，出水水质可能无法满足要求，所以，此时对反应器出水进行部分回流，随着回流量Q₁增加，则废水进水量Q₀=Q-Q₁减小，废水的停留时间t=V/Q₀增大，对废水的实际处理时间增加，且另一方面由于回流稀释了反应器进水，因此，通过提高回流量可以有效的处理难降解的废水。

本发明中微气泡发生器产生的气泡平均粒径D₃₂在34-50μm，在出水回流率为0-200%时，气泡数量达到0.13×10⁶-0.57×10⁶个/mL。微气泡在上升过程中，气泡因内部压力大而在水下破裂，且微气泡破裂时产生强氧化性、无选择性反应的羟基自由基。微气泡发生器形成的气水混合液进入反应器后，形成的微细小气泡使废水表观呈现为牛奶状乳浊液，极大的提高了气液两相接触面，使氧传质系数可达0.511-1.792min^-1，增强了氧气利用率。

具体实施例一

本实施方式是对高色度印染废水的生化处理出水进行紫外/纯氧微气泡协同处理的方法，其中反应器有效体积为90L，规格为1.5m×0.5m×0.12m，紫外灯组两侧折流板间距0.5m，相邻两折流板间距0.1m，回流比率为30%，纯氧投加量为6L/min，微气泡平均粒径D₃₂=38.9μm，紫外灯辐射主波长为254nm、次波长为180nm，废水初始pH=7.0，反应时间（即废水在反应器内停留时间）为60min，紫外灯组两侧折流板间距1m，紫外/纯氧微气泡的脱色率为94%。

表1为利用紫外线协同纯氧微气泡处理印染废水的实施效果，并对比单独使用紫外处理方法、纯氧微气泡处理方法，以及另一种紫外纯氧协同氧化方式——紫外/纯氧微孔曝气处理方法的处理效果。图3为紫外/纯氧微气泡的协同效应定量表示图。

结果表明紫外线协同纯氧微气泡处理印染废水的方法与其他工艺相比，在进行40-60分钟的反应后，废水的脱色率比传统的紫外处理方法、纯氧微气泡处理方法以及紫外/纯氧微孔曝气处理方法都有显著的提高，在反应时间为60分钟时，

表1紫外/纯氧微气泡处理印染废水的脱色效果

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种紫外/纯氧微气泡协同处理印染废水的系统，其特征在于，所述系统包括：纯氧气源装置（4），微气泡发生器（3），反应器（8），紫外灯组（9），反应器折流板（12）；所述微气泡发生器（3）包括吸入印染废水生化出水的微气泡发生器进水口（2）、吸入氧气的微气泡发生器进气口（5）以及将微气泡发生器生成的气水混合液流出的微气泡发生器出水口（6）；位于所述反应器一侧底部的反应器进水口（7）与所述微气泡发生器出水口（6）相连；所述反应器内部安装有所述紫外灯组（9），以及所述反应器折流板（12）；所述反应器另一侧底部设有反应器出水口，顶部设有排放尾气的集气管（11）；集气管与好氧生化处理单元连接。

2.如权利要求1所述的紫外/纯氧微气泡协同处理印染废水的系统，其特征在于，所述微气泡发生器进水口（2）与印染废水生化出水池（1）相连，所述印染废水生化出水池用于盛放经过好氧生化处理单元处理过的印染废水。

3.如权利要求1所述的紫外/纯氧微气泡协同处理印染废水的系统，其特征在于，所述紫外灯组（9）中的紫外灯是低压紫外灯或中压紫外灯。

4.如权利要求1所述的紫外/纯氧微气泡协同处理印染废水的系统，其特征在于：所述紫外线灯组为多组，并从反应器进水方向向反应器出水方向顺序排列，每组紫外线灯组两侧均设有一组所述的反应器折流板（12），所述反应器折流板（12）垂直于反应器进水方向，每组反应器折流板间距为0.5-1m，两组相邻的反应器折流板间临近的折流板间距为0.1-0.4m。

5.利用如权利要求1所述的紫外/纯氧微气泡协同处理印染废水系统的印染废水处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一.将经好氧生化处理单元处理得到的印染废水生化出水接入微气泡发生器进水口，将纯氧气源装置（4）接入到微气泡发生装置进气口（5）；

步骤二.开启微气泡发生器（3），将待处理的所述印染废水生化出水通过微气泡发生器进水口（2）抽吸至微气泡发生器中，并利用微气泡发生器内形成的负压使纯氧从微气泡发生装置进气口（5）自动吸入；

步骤三.微气泡发生器将生成的纯氧和印染废水生化出水的气水混合液从微气泡发生器出口（6）流出并从反应器（8）底部的反应器进水口（7）进入反应器；

步骤四.反应器中的紫外灯组（9）与纯氧微气泡进行协同氧化，气水混合液通过折流板（12）流向反应器出水口（10），气水混合液在反应器内停留预定时间后从反应器出水口（10）排放；

步骤五.反应器中的尾气经集气管（11）收集后导入好氧生化处理单元。

6.如权利要求5所述印染废水处理方法，其特征在于，所述印染废水生化出水是经过缺氧或好氧生化处理工艺处理后的印染废水，pH在6-9之间。

7.如权利要求5所述印染废水处理方法，其特征在于，所述印染废水生化出水是经过缺氧或好氧生化处理工艺处理后的印染废水，pH在6.5-7.5之间。

8.如权利要求5所述印染废水处理方法，其特征在于，所述纯氧气源装置中的纯氧纯度范围是90%-99%，向所述微气泡发生器进气口（5）导入的纯氧量为0.5-10L/min。

9.如权利要求5所述印染废水处理方法，其特征在于，步骤四后还包括将所述反应器出口排放的出水部分回流至微气泡发生器的进水口的步骤。

10.如权利要求5所述印染废水处理方法，其特征在于，所述微气泡发生器产生的气泡平均粒径D₃₂在34-50μm之间。

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