CN102910772A - 一种紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统，包括：原水提升泵、反应槽、紫外灯套管组、微纳米气泡发生器、臭氧发生器；反应槽进水口位于反应槽进水端上部，反应槽出水端上部设有出水溢流堰；反应槽上盖悬挂有所述紫外灯套管组；出水溢流堰分别与反应槽出水阀和微纳米气泡发生器进水口连通；微纳米气泡发生器进气口与臭氧发生器相连；微纳米气泡发生器将产生的气水混合物导入反应槽内。本发明利用紫外光线协同臭氧微纳米气泡，增加臭氧的传质性能，大幅提高臭氧的利用率，减少尾气的产生量。臭氧微纳米气泡粒径小、数量多，停留时间长，在水中扩散的同时能够擦洗紫外套管表面，防止有机或无机污染物附着及结垢。

Description

一种紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统和方法

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，特别是一种紫外光协同臭氧微纳米气泡深度处理腈纶废水的系统和方法。

背景技术

目前国内的腈纶生产工艺可分为干法和湿法纺丝两大类,湿法又分为一步法和二步法工艺。二步法具有产品质量好，原料单耗低和排放污染物少的明显优点，新建项目大多采用国产化二步法工艺。在国内腈纶工业废水的处理普遍不理想。而二步法工艺因难生化降解的新型有机助剂的引入给原有的生物处理系统增加了新的负担，使腈纶废水的可生化性更差，COD去除率仅50%左右，甚至更低，且生物处理系统出水存在SCN^-、CN^-、AN低聚物及其单体、腈类、胺类等有毒物质，通常BOD/COD值较低，可生化性很差，采用普通的过滤和絮凝等常规方法处理基本没有效果，而活性炭吸附等深度处理技术成本又过高，膜分离技术由于投资昂贵和膜污染等投资、运行问题，在应用上也存在一定难度。因此寻找一种高效、经济的处理方法是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明旨在针对可生化性能差的工业废水，提供一种低耗能、占地面积小的废水处理系统及方法，其在臭氧微纳米气泡和紫外灯的协同作用下实现有毒、有害、低聚物类型COD的显著降解效果。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统包括：原水提升泵（1）、具有上盖的反应槽（4）、紫外灯套管组（3）、微纳米气泡发生器（5）、臭氧发生器（7）；

所述原水提升泵与反应槽进水口相连；

所述反应槽进水口位于所述反应槽进水端上部，所述反应槽出水端上部设有出水溢流堰；所述反应槽上盖悬挂有所述紫外灯套管组，并设有排放尾气的尾气出口（10）；

所述出水溢流堰用于输出反应槽出水，所述出水溢流堰分别与反应槽出水阀（9）和微纳米气泡发生器进水口连通；

微纳米气泡发生器进气口通过臭氧流量调节阀（6）与所述臭氧发生器（7）相连；微纳米气泡发生器出水口通过导管连接有多个子出水口（2），所述子出水口位于反应槽底部。

优选地，反应槽出水端下部设有放空阀。

优选地，臭氧发生器具有气源进口阀（8），所述气源为空气源或氧气源。

优选地，所述紫外灯套管组中的紫外灯管辐射出的紫外光线主波长为253.7nm，次波长185nm；紫外灯套管组上配置有时间控制（可调节）刮除器。

优选地， 所述微纳米气泡发生器进水口与所述出水溢流堰之间设置有微气泡进水口阀门。

优选地，在反应槽进水端和紫外灯套管组之间具有一组与反应槽进水方向垂直的进水稳流挡板（11a、11b），所述进水稳流挡板包括一个近端挡板（11a）和一个远端挡板（11b），所述近端挡板上端安装在反应槽上盖上，下端与反应槽底面保持间距，所述远端挡板下端安装在反应槽底部，上端与反应槽上盖保持间距。

优选地，在反应槽出水端和紫外灯套管组之间设置有出水稳流挡板（11c）；所述出水稳流挡板（11c）与反应槽出水方向垂直，下端安装在反应槽底部，上端与反应槽上盖保持间距。

优选地，所述子出水口在反应槽底部的位置位于紫外灯套管组下方。

本发明的另一目的在于提供一种废水处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1.原水提升泵（1）将原水引入反应槽进水口。

步骤2. 原水在反应槽（4）注满后通过出水溢流堰（13）排出，排出的反应槽出水分为两部分，一部分作为排放液经过反应槽出水阀（9）直接向废水处理系统外部排放，另一部分作为回流液经过微纳米气泡发生器（5）进水口流入微纳米气泡发生器（5）。

步骤3.开启臭氧发生器和微纳米气泡发生器（5），微纳米气泡发生器（5）将回流液与臭氧发生器产生臭氧转化为携带臭氧微纳米气泡的气水混合液，并通过各个子出水口（2）流入反应槽（4）内。

步骤4. 开启紫外灯套管组，利用臭氧微纳米气泡与紫外灯套管组（3）辐射的紫外光协同对反应槽中的原水进行氧化处理，并对出水溢流堰（13）排出的反应槽出水进行检测。

    步骤5. 当检测的反应槽出水未达到排放标准时，增加回流液流量；当检测的反应槽出水达到排放标准后，增大排放液流量。

本发明创造性地利用紫外协同臭氧产生的羟基自由基·OH及氧自由基·O进行废水处理，·OH氧化电位为2.8v，氧化性仅次于自然界最强氧化剂氟。·OH及·O很不稳定，具有极强的氧化能力，在紫外光的照射下，能把含碳有机物氧化成CO₂和H₂O；能将废水中难降解的SCN^-及对微生物毒性强的CN^-氧化，减少废水毒性，降低COD，提高废水可生化性。对比常规臭氧工艺，紫外光及臭氧微纳米气泡能够共同促进臭氧生成·OH及·O，并强化传质效率，延长臭氧在废水中的停留时间，降低臭氧发生器能耗，提高臭氧利用效率，减少溢出臭氧尾气异味，节省溢出臭氧尾气控制成本。同时，紫外光灯管能够实现附着物定时刮除及循环自动冲洗。

根据本发明实施例具有如下优点：

1、  利用微纳米气泡发生器生成的臭氧气泡，粒径约几十纳米～几十微米，传质性能更强，臭氧在水中的传质系数为加压溶气的1.5倍以上，与水中COD污染物反应更彻底，COD去除效率更高；在反应槽中更稳定，臭氧微纳米气泡在水中的停留时间为加压溶气的8倍以上；气泡数量多，不易破碎，更加结实，扩散过程中，能够有力的擦洗紫外灯套管，防止污染物附着及结垢；臭氧利用率高，臭氧微纳米气泡在水中的利用率达到99%以上、减少臭氧尾气量，降低尾气处理成本。

2、  通过紫外光协同臭氧微纳米气泡可大幅度降解其废水中的COD。

3、  构造简单，占地面积小，可实现连续、自动化运行。

4、 紫外套管可实现自动清洗及附着物的刮除。

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为本发明紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统示意图。

1.原水提升泵                             2.子出水口

3.紫外灯套管组                           4.反应槽

5.微纳米气泡发生器                    6.臭氧流量调节阀

7.臭氧发生器                               8.气源进口阀

9.反应槽出水阀                           10.尾气出口

11.稳流挡板                               12.放空阀

13.出水溢流堰                            14.微气泡进水口阀门。

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。

下面参考说明书附图描述根据本发明的紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统。

如图1所示，废水处理系统包括：具有上盖的反应槽（4），引入待处理原水的原水提升泵（1），提供紫外光线辐射的紫外灯套管组（3），提供臭氧的臭氧发生器（7），以及微纳米气泡发生器（5）。

原水提升泵与反应槽的进水口相连，用以将待处理原水引入到反应槽中。

反应槽的进水口和出水溢流堰分别位于反应槽的两端，即进水端和出水端，反应槽的进水口位于反应槽进水端上部，反应槽出水端上部设有出水溢流堰；反应槽上盖悬挂有紫外灯套管组（3），并设有排放尾气的尾气出口（10）。

反应槽的出水溢流堰用于输出反应槽出水，出水溢流堰分别与反应槽出水阀（9）和微纳米气泡发生器（5）进水口连通，可以将反应槽出水分为两部分，一部分作为排放液经过反应槽出水阀直接向外排放，另一部分作为回流液经过微纳米气泡发生器（5）回流。为了调节回流量在出水溢流堰和微纳米气泡发生器的进水口之间可以设置微气泡进水口阀门（14）。

微纳米气泡发生器（5）进气口通过臭氧流量调节阀（6）与臭氧发生器（7）相连，可以根据需要调节臭氧流量。微纳米气泡发生器出水口通过导管连接有多个子出水口（2），子出水口位于反应槽底部，可以将微纳米气泡发生器产生的气水混合液流入反应槽中。为了使紫外光和臭氧微纳米气泡更好地发挥协同氧化作用，各个子出水口在反应槽底部的位置可以进一步地位于紫外灯套管组下方，各个子出水口流出的气水混合液中的臭氧微纳米气泡在上升过程中直接进入紫外光的辐射源区域，并且在扩散过程中，能够有力的擦洗紫外灯套管，防止污染物附着及结垢。

为了防止进水水头对紫外灯套管组（3）带来冲击，同时为了避免进水水头影响反应槽中臭氧微纳米气泡在水中的扩散路径，导致扩散不均匀的现象。反应槽内部设计有进水稳流挡板装置。具体为，在反应槽进水端和紫外灯套管组之间设置一组进水稳流挡板（11a、11b）。进水稳流挡板（11a、11b）与反应槽进水方向垂直，可以将反应槽隔离为两部分，一部分为反应槽进水端和进水稳流挡板之间的进水区，一部分为进水稳流挡板和反应槽出水端之间的反应区。进水稳流挡板（11a、11b）包括两个挡板：近端挡板（11a）（靠近反应槽进水端）和远端挡板（11b）（远离反应槽进水端），近端挡板上端安装在反应槽上盖上，下端与反应槽底面保持间距，所述远端挡板下端安装在反应槽底部，上端与上盖保持间距，进入到反应槽的待处理原水从近端挡板下方流过，并通过远端挡板上方流到反应槽的反应区。

另外，为了避免出现短流现象而影响反应槽内的废水处理效果，在反应槽出水端和紫外灯套管组之间可以设置一块出水稳流挡板（11c）。出水稳流挡板（11c）与反应槽出水方向垂直，在出水稳流挡板（11c）和反应槽出水端之间隔离出一个出水区，出水稳流挡板（11c）下端安装在反应槽底部，上端与上盖保持间距，反应槽反应区内的水流从出水稳流挡板（11c）上方流入出水区后，再由出水溢流堰（13）输出。

在反应槽出水端下部可以设置放空阀（12），用以排尽反应槽（4）中的污水，以便进行系统的检修和维护，例如对紫外套管组进行清洗或更换。

为了保证系统的正常运行，紫外灯套管配套时间控制（可调节）刮除器以防止生物及物化微污染物在灯管表面附着、结垢。紫外灯套管组中可选用辐射紫外光线主波长为253.7nm，次波长185nm的紫外灯管。

本发明废水处理系统处理废水的方法主要包括两个阶段：启动调试阶段以及正常运行阶段。

 其中，启动调试阶段包括：

步骤1.原水提升泵（1）将原水引入反应槽进水口。

难降解的待处理原水通过原水提升泵（1）进入预悬挂地安装有紫外灯套管组（3）的反应槽（4）中，原水进入反应槽（4）后，依靠进水稳流挡板（11）降低进水水头，防止进水水头对紫外灯套管组（11）带来冲击。

步骤2. 原水在反应槽（4）注满后通过出水溢流堰（13）排出，排出的反应槽出水分为两部分，一部分作为排放液经过反应槽出水阀（9）直接向废水处理系统外部排放，另一部分作为回流液经过微纳米气泡发生器（5）进水口流入微纳米气泡发生器（5）。

原水持续性地注入反应槽（4），当反应槽注满后，反应槽中的原水通过出水溢流堰（13）溢流出反应槽。反应槽出水分为排放液和回流液两部分，排放液经过反应槽出水阀（9）直接向废水处理系统外部排放，排放液流量的大小通过反应槽出水阀（9）调整；回流液经过微纳米气泡发生器（5）进水口流入微纳米气泡发生器（5），回流液流量的大小可通过微气泡进水口阀门（14）调整。

步骤3.开启臭氧发生器(7)和微纳米气泡发生器（5），微纳米气泡发生器（5）将回流液与臭氧发生器产生臭氧转化为携带臭氧微纳米气泡的气水混合液，并通过各个子出水口（2）流入反应槽（4）内。

微纳米气泡发生器（5）利用回流液和臭氧产生臭氧微纳米气泡。开启臭氧发生器和微纳米气泡发生器（5），回流液通过微纳米气泡发生器进水口进入微纳米气泡发生系统，并在微气泡发生器内形成负压，臭氧发生器产生的臭氧利用负压通过微纳米气泡发生器的进气口自动吸入微纳米气泡发生器，可以根据实际需要利用微纳米气泡发生器（5）进气口和臭氧发生器（7）之间的臭氧流量调节阀（6）调节臭氧流量。微纳米气泡发生器（5）将回流液与臭氧转化为携带臭氧微纳米气泡的气水混合液，气水混合液通过微纳米气泡发生器出水口连接的导管导入反应槽，并从导管连接的各个子出水口（2）流入反应槽（4）内，实现了往反应槽中输送粒径小、传质效率高，停留时间长的臭氧微纳米气泡。

步骤4. 开启紫外灯套管组，利用微纳米级臭氧气泡与紫外灯套管组（3）辐射的紫外光协同对反应槽中对原水进行氧化处理，对反应槽出水进行检测。

开启紫外灯套管组后，紫外灯套管组辐射出紫外光。另外由于微纳米气泡发生器各个子出水口（2）位于反应器底部，步骤3中的气水混合液从各子出水口（2）流入到反应槽底部后，气水混合液中的臭氧微纳米气泡会在反应槽中进行更快地扩散，并与紫外灯套管组辐射出的紫外光一起对反应槽中的原水进行协同氧化；特别是当各个子出水口（2）位于紫外灯套管组下方时，臭氧微纳米气泡在扩散过程中直接上升进入紫外光的辐射源区域，进一步地加强了紫外光和臭氧的协同氧化作用，同时臭氧微纳米气泡在扩散过程中能够有力的擦洗紫外灯套管，防止污染物附着及结垢。

启动调试阶段后，进入废水处理系统的正常运行阶段：

步骤5. 当检测的反应槽出水未达到排放标准时，增加回流液流量；当检测的反应槽出水达到排放标准后，增大排放液流量。

在反应器正常运行阶段，根据反应槽出水的检测结果调整回流液和排放液的流量：

当溢流的反应槽出水未达到排放标准时，调大微气泡进水口阀门（14），用以增加回流液流量，调小反应槽出水阀（9），用以减少排放液流量；由于废水处理系统的容积一定，在减少排放液流量的同时可以减小引入反应槽的原水进水流量，保证废水处理系统流入（原水）和流出（排放液）的平衡。

当溢流的反应槽出水达到排放标准时，调大反应槽出水阀（9），用以增大排放液流量，调小微气泡进水口阀门（14），用以减少回流液流量；当溢流的反应槽出水达到排放标准时，可适应性地增大引入反应槽的原水进水流量。

循环执行步骤5，持续性地执行废水处理。

所述的排放标准可以是某一阈值区间的COD浓度。在紫外光的协同作用下，气水混合液中的臭氧充分与水中有毒有害、低聚合物类COD接触，持续降低COD，当出水溢流槽中的COD浓度达到排放标准后，例如COD浓度降至100mg/L以下时，调大反应槽出水阀（9），将达标的反应槽出水向废水处理系统外部排放。

当废水处理系统的处理效果不理想时，可通过放空阀（12）排尽反应槽（4）中的污水，取出紫外套管组进行清洗或更换新的紫外套管组即可。

本发明中废水处理系统所处理的原水可以是经过生化处理的工业废水，如：难降解腈纶废水经过生化处理后的生化出水。

具体实施例一

本实施例中废水处理系统所处理的是经过水解酸化、纯氧曝气、接触氧化工艺处理后的腈纶废水，其中腈纶废水的初始COD约1500 mg/L，经过上述系列工艺处理后得到的生化出水的COD约350mg/L，未达到外排要求。本实施例以该腈纶废水生化出水作为废水原水进行处理。其中紫外灯套管组（3）中的紫外灯管功率为23W，臭氧发生器的臭氧额定产量2.5g/h，臭氧流量、微纳米气泡发生器微纳米气泡吐出水量均可调。

表1为利用紫外光协同臭氧微纳米气泡处理腈纶废水生化出水的实施效果，并对比单独利用紫外、臭氧工艺的处理效果。

表 1 紫外光协同臭氧微纳米气泡处理腈纶废水的效果

结果表明本发明中的紫外光协同臭氧微纳米气泡处理腈纶废水生化出水的方式与单独利用紫外光处理、微孔臭氧处理以及微气泡臭氧处理方式相比都有显著的提高，在反应时间为60分钟时，COD去除率达到了80%，远远大于其他方式。

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 (9)

1.一种紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统包括：原水提升泵（1）、具有上盖的反应槽（4）、紫外灯套管组（3）、微纳米气泡发生器（5）、臭氧发生器（7）；

所述原水提升泵（1）与反应槽进水口相连；

所述反应槽进水口位于所述反应槽进水端上部，所述反应槽出水端上部设有出水溢流堰（13）；所述反应槽上盖悬挂有所述紫外灯套管组（13），并设有排放尾气的尾气出口（10）；

所述出水溢流堰（13）用于输出反应槽出水，所述出水溢流堰（13）分别与反应槽出水阀（9）和微纳米气泡发生器进水口连通；

微纳米气泡发生器进气口通过臭氧流量调节阀（6）与所述臭氧发生器（7）相连；微纳米气泡发生器出水口通过导管连接有多个子出水口（2），所述子出水口位于反应槽底部。

2.如权利要求1所述的紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统，其特征在于，反应槽出水端下部设有放空阀（12）。

3.如权利要求1所述的紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统，其特征在于，臭氧发生器具有气源进口阀（8），所述气源为空气源或氧气源。

4.如权利要求1所述的紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统，其特征在于，所述紫外灯套管组中的紫外灯管辐射出的紫外光线主波长为253.7nm，次波长185nm；紫外灯套管组上配置有时间控制（可调节）刮除器。

5.如权利要求1所述的紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统，其特征在于，微纳米气泡发生器进水口与所述出水溢流堰之间设置有微气泡进水口阀门（14）。

6.如权利要求1所述的紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统，其特征在于，在反应槽进水端和紫外灯套管组之间具有一组与反应槽进水方向垂直的进水稳流挡板（11a、11b），所述进水稳流挡板包括一个近端挡板（11a）和一个远端挡板（11b），所述近端挡板上端安装在反应槽上盖上，下端与反应槽底面保持间距，所述远端挡板下端安装在反应槽底部，上端与反应槽上盖保持间距。

7.如权利要求1所述的紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统，其特征在于，在反应槽出水端和紫外灯套管组之间设置有出水稳流挡板（11c）；所述出水稳流挡板（11c）与反应槽出水方向垂直，下端安装在反应槽底部，上端与反应槽上盖保持间距。

8.如权利要求1所述的紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统，其特征在于，所述子出水口在反应槽底部的位置位于紫外灯套管组下方。

9.利用如权利要求1所述的紫外光协同臭氧微纳米气泡的废水处理系统的废水处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1.原水提升泵（1）将原水引入反应槽进水口；

步骤2. 原水在反应槽（4）注满后通过出水溢流堰（13）排出，排出的反应槽出水分为两部分，一部分作为排放液经过反应槽出水阀（9）直接向废水处理系统外部排放，另一部分作为回流液经过微纳米气泡发生器（5）进水口流入微纳米气泡发生器（5）；

步骤3.开启臭氧发生器和微纳米气泡发生器（5），微纳米气泡发生器（5）将回流液与臭氧发生器产生臭氧转化为携带臭氧微纳米气泡的气水混合液，并通过各个子出水口（2）流入反应槽（4）内；

步骤4. 开启紫外灯套管组，利用臭氧微纳米气泡与紫外灯套管组（3）辐射的紫外光协同对反应槽中的原水进行氧化处理，并对出水溢流堰（13）排出的反应槽出水进行检测；

步骤5. 当检测的反应槽出水未达到排放标准时，增加回流液流量；当检测的反应槽出水达到排放标准后，增大排放液流量。