CN103420446B - 超声波与紫外光联合处理含三氮唑废水的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波与紫外光联合处理含三氮唑废水的装置及方法。本发明的目的是提供一种超声波与紫外光联合处理含三氮唑废水的装置及方法，处理过程基本无需添加化学药品、操作简单、环境友好、高效节能，污染物降解率高。本发明的技术方案是：超声波与紫外光联合处理含三氮唑废水的装置，其特征在于：它包括反应器，以及通过管路与该反应器连通的废水池和药剂槽，其中废水池与反应器之间的管路上安装有水泵，药剂槽与反应器之间的管路上安装有药剂泵；所述反应器上部或中部设有紫外光照射装置，底部设有超声波辐射装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理含三氮唑废水的装置及方法，特别是一种超声波与紫外光联合处理含三氮唑废水的装置及方法。
背景技术
三氮唑（1,2,4-1H-三氮唑），白色针状晶体，农药、医药中间体，广泛应用于粉锈宁、多效唑、烯效唑、烯唑醇等农药的合成，是含有3个N的五元杂环体。吸进三氮唑粉尘，可引起鼻炎、支气管炎、发热、喘息以及由于气管炎症而引起的迷走神经紧张等症状。含三氮唑结构的物质主要分为两类，一类是三氮唑烷类及其衍生物，如1,2,4-三氮唑烷-3,5-二酮、4-羟基-1,2,4-三氮唑烷-3,5-二酮等。另一类是双环含氮杂环化合物，如苯并三氮唑及其衍生物甲基苯并三氮唑、4-羧基苯并三氮唑、环唑醇等。
双环含氮杂环化合物以苯并三氮唑（BTA）与甲基苯并三氮唑为代表，是一种有用的防蚀剂，目前世界使用量据报道每年达到9000t，最终通过不同的途径进入大自然环境中，尤其在工业循环水、双环含氮杂环化合物生产废水中含量很高。其中，苯并三氮唑对酸、碱及氧化还原都很稳定；具有低蒸汽压、低辛醇-水分配系数，具有生物难降解性。在微生物体内几乎没有酶能够催化裂解苯环，对哺乳动物，有致癌、致突变作用。
目前应用于降解三氮唑类物质的方法有紫外光降解法、紫外/H2O2联用法、紫外与Fenton试剂联用法、紫外/O3联用法、光电化学协同二氧化钛处理法。然而这些处理方法上还是存在很多不足，单独紫外光降解法降解三氮唑的降解率低，且耗时长。H2O2与紫外联合法存在在高温条件下反应其耗时长、能耗大。Fenton试剂与紫外联用法、光电化学协同二氧化钛处理法需添加化学药品、操作繁琐以及后处理复杂。
超声氧化法，是利用频率范围为16kHz-1MHz的超声波辐射处理废水。超声波传播过程也就是波的膨胀和压缩的交替过程，在膨胀周期内，超声波对液体产生负压效应，施加于液体的负压使液体断裂而产生空穴，形成空化核，即在液体中生成充满气体的气泡，这种现象被称为空化现象。一方面因气泡迅速崩溃而产生的瞬时高温、高压，使气泡内水分子裂解为·H、·HO、·HO2和H2O2等强氧化自由基：
H2O→H·+HO·
H·+O2→HO2·
2HO·→H2O2
2HO2·→H2O2+O2
这些强氧化性物质直接和间接作用于水体中的化学污染物，并将它们氧化成CO2、H2O、无机离子等其它物质。另一方面，由于冲击波和微射流的作用，污染物质可进入气泡内直接进行类似燃烧化学反应的热解反应，且降解速率较大。
超声波废水处理技术具有以下优点：由于超声波特殊的物理化学效应，可用以处理许多水体中的化学污染物；操作简单方便，易于控制；降解速度快，工效高；设备简单，成本低。
紫外光可以使污染物激发、活化，降低反应难度，发生一系列光化学反应。同时，紫外光能有效的提高自由基的反应活性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对含三氮唑废水难处理的技术问题，提供一种超声波与紫外光联合处理含三氮唑废水的装置及方法，处理过程基本无需添加化学药品、操作简单、环境友好、高效节能，污染物降解率高。
本发明所采用的技术方案是：超声波与紫外光联合处理含三氮唑废水的装置，其特征在于：它包括反应器，以及通过管路与该反应器连通的废水池和药剂槽，其中废水池与反应器之间的管路上安装有水泵，药剂槽与反应器之间的管路上安装有药剂泵；所述反应器上部或中部设有紫外光照射装置，底部设有超声波辐射装置。
所述紫外光照射装置包括布置于反应器上部或中部的紫外灯管、与该紫外灯管电连接且位于反应器外部的紫外灯电源，以及同轴套设于该紫外灯管外的石英套。
所述紫外灯管产生的紫外光波长为200-350nm。
所述超声波辐射装置包括布置于反应器底部的超声波换能器，以及与该超声波换能器电连接且位于反应器外部的超声波电源。
所述超声波换能器产生的超声波频率为20-800kHz。
处理含三氮唑废水的方法，其特征在于步骤如下：
a、利用水泵将废水池内的含三氮唑废水抽出，并以一定流量送入反应器内，同时控制反应器内液体pH值维持在2-7；
b、控制紫外光照射装置产生波长为200-350nm的紫外光，超声波辐射装置产生频率为20-800kHz的超声波，对反应器内的废水辐射0.5-4h，使得三氮唑类有机物最终被分解。
步骤a中，通过控制药剂泵的流量向反应器内加入质量百分比为2～5%的盐酸溶液或质量百分比为5～10%的氢氧化钠溶液来控制反应器内液体的pH值。
所述含三氮唑废水的组分主要为具有三氮唑结构的有机物、含有类似三氮唑结构及官能团的有机物。
本发明的有益效果是：1、结合超声波及紫外光的优点，发挥两者的协同作用，大幅度提高了污染物降解效率；针对三氮唑的分子结构及物质特性，本发明能够有效地分解三氮唑并将其最终矿化，并且基本无需添加化学药品，操作条件简单，经济实用。2、处理效率高：经试验三氮唑去除效率能达到95%以上。3、无搅拌系统，具有设备紧凑、体积小、操作维护简单等优点。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括反应器5，以及通过管路与该反应器连通的废水池1和药剂槽3，其中废水池1与反应器5之间的管路上安装有水泵2，药剂槽3与反应器5之间的管路上安装有药剂泵4；所述反应器5上部或中部设有紫外光照射装置，底部设有超声波辐射装置。其中废水池1内盛装含三氮唑废水，其组分主要为具有三氮唑结构的有机物、含有类似三氮唑结构及官能团的有机物；药剂槽3内盛装用于调节pH值的酸性或碱性溶液。
所述紫外光照射装置包括布置于反应器5上部或中部的紫外灯管7、与该紫外灯管电连接且位于反应器5外部的紫外灯电源6，以及同轴套设于该紫外灯管外的石英套8；本例中，所述紫外灯管7竖直放置于反应器5正中心位置，其产生的紫外光波长为200-350nm，用于照射废水并降低污染物反应活化能。
所述超声波辐射装置包括布置于反应器5底部的超声波换能器9，以及与该超声波换能器电连接且位于反应器5外部的超声波电源10；本例中，所述超声波换能器9水平放置于反应器5底部，其产生的超声波频率为20-800kHz，用于对废水产生超声搅拌混合作用并激发废水产生高活性自由基，使得三氮唑能够被快速分解。
下面结合具体实施例来说明利用前述装置处理含三氮唑废水的方法，
实施例1：三氮唑废水处理方法具体步骤如下，
a、利用水泵2将废水池1内的三氮唑废水（浓度为22.75mg/L）抽出，并以一定流量送入反应器5内；同时，为了维持反应适宜的pH值（范围为2-7），通过控制药剂泵4的流量向反应器5中投加质量浓度为5%的HCl溶液（该HCl溶液存储于药剂槽内）。
b、控制紫外灯管7产生波长为254nm的紫外光（用于降低污染物反应活化能），超声波换能器9产生频率为20kHz的超声波（用于对废水产生超声搅拌混合作用并激发废水产生高活性自由基，使得三氮唑能够被快速分解），对反应器5内的三氮唑废水辐射80min（即废水在反应器内停留80min），此过程中，在废水中的活性自由基作用下，三氮唑最终被分解成CO2、H2O、NH4 +及其它简单化合物。
当反应pH值依次为3±0.2、5±0.2、7±0.2时，超声波与紫外光联合处理结果见表1。
表1
由表1结果可知，本发明超声波与紫外光联合处理工艺能在短时间内高效去除废水中的三氮唑，当废水pH=3时，三氮唑的去除率达到98.46%。
实施例2：苯并三氮唑废水处理方法具体步骤与实施例1基本相同，区别仅仅在于用浓度为32.52mg/L的苯并三氮唑废水代替浓度为22.75mg/L的三氮唑废水。
当反应pH值依次为3±0.2、5±0.2、7±0.2时，超声波与紫外光联合处理结果见表2。
表2
由表2结果可知，本发明超声波与紫外光联合处理工艺能有效去除废水中的苯并三氮唑，当废水pH值分别3±0.2、5±0.2、7±0.2时，苯并三氮唑的去除率依次为95.65%、89.82%、84.96%。
实施例3：本实施例步骤与实施例2基本相同，区别在于本例中超声波频率为800kHz。
当反应pH值依次为3±0.2、5±0.2、7±0.2时，超声波与紫外光联合处理结果见表3。
表3
由表3结果可知，本发明超声波与紫外光联合处理工艺能有效去除废水中的苯并三氮唑，当废水pH值分别3±0.2、5±0.2、7±0.2时，苯并三氮唑的去除率依次为97.47%、95.82%、92.0%。
本发明在实际操作中，可根据废水的水量和水质，向反应器5中投加质量百分比为5～10%的氢氧化钠溶液来控制反应器5内液体的pH值。
Claims (3)
1.一种超声波与紫外光联合处理含三氮唑废水的方法，该方法包括一反应器（5），以及通过管路与该反应器连通的废水池（1）和药剂槽（3），其中废水池（1）与反应器（5）之间的管路上安装有水泵（2），药剂槽（3）与反应器（5）之间的管路上安装有药剂泵（4）；所述反应器（5）上部或中部设有紫外光照射装置，底部设有超声波辐射装置；
所述紫外光照射装置包括竖直放置于反应器（5）正中心位置的紫外灯管（7）、与该紫外灯管电连接且位于反应器（5）外部的紫外灯电源（6），以及同轴套设于该紫外灯管外的石英套（8）；
所述超声波辐射装置包括水平放置于反应器（5）底部的超声波换能器（9），以及与该超声波换能器电连接且位于反应器（5）外部的超声波电源（10）；
所述紫外灯管（7）产生的紫外光波长为200-350nm；所述超声波换能器（9）产生的超声波频率为20-800kHz；
本方法的步骤如下：
a、利用水泵（2）将废水池（1）内的含三氮唑废水抽出，并送入反应器（5）内，同时控制反应器（5）内液体pH值维持在2-7；
b、控制紫外光照射装置产生波长为200-350nm的紫外光，超声波辐射装置产生频率为20-800kHz的超声波，对反应器（5）内的废水辐射0.5-4h，使得三氮唑类有机物最终被分解。
2.根据权利要求1所述的处理含三氮唑废水的方法，其特征在于：步骤a中，通过控制药剂泵（4）的流量向反应器（5）内加入质量百分比为2~5%的盐酸溶液或质量百分比为5~10%的氢氧化钠溶液来控制反应器（5）内液体的pH值。
3.根据权利要求1或2所述的处理含三氮唑废水的方法，其特征在于：所述含三氮唑废水的组分主要为具有三氮唑结构的有机物、含有类似三氮唑结构及官能团的有机物。
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