CN105858857B - 一种电磁紫外协同处理有机废水的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种电磁紫外协同处理有机废水的装置，包括带有加热管的反应槽，废水预处理后送入反应槽，所述反应槽中设置有pH探头和温度探头，所述反应槽通过水泵以及管道与电磁紫外协同反应器连接，使废水在反应槽和电磁紫外协同反应器之间循环，氧化剂储槽通过加药泵连接在所述管道上，本发明还提供了一种电磁紫外协同处理有机废水的方法，本发明装置的光电转换效率高，氧化效率高，且寿命长，少更换，维护成本低，运行成本低。

Description

一种电磁紫外协同处理有机废水的装置和方法

技术领域

本发明属于环保行业的废水处理技术领域，特别涉及一种电磁紫外协同处理有机废水的装置和方法。

背景技术

高级氧化技术是在高温、高压、电、声、光、催化剂等反应条件下，产生氧化能力很强的羟基自由基(·OH)，对有机物进行氧化的一类废水处理技术，该类技术因为无选择性、氧化彻底等优势，在高浓度有机废水处理领域，得到了越来越广泛的研究和应用。

以紫外光作为基本反应条件的紫外光氧化具有反应条件温和、氧化能力强等优点，因而成为发展最为迅速的高级氧化技术之一。紫外光氧化对废水中有机物的破坏包括两方面的作用：一是有机污染物受到紫外光照射后，会接受光子的能量而处于激发态，并通过均裂、异裂以及光化电离等方式而分解；二是在紫外光的催化作用下，废水中的氧化剂如双氧水会生成羟基自由基(·OH)，或者通过照射半导体催化剂如TiO₂产生羟基自由基·OH，从而对有机物实现彻底清除。

最早用于废水紫外光氧化的紫外灯是有极汞灯，如常见的低压汞灯和中高压汞灯。有极汞灯因为存在电极，导致灯管封装难度大，工艺复杂；而且电极易氧化变黑老化，导致灯的寿命不长，一般在3000-8000小时；频繁的更换灯管也增加了运行成本。同时，在废水处理过程中，为了防止电极部分与废水接触导致短路，需要在灯管之外增加一个起保护作用的石英套管，该套管不仅导致紫外反应器的处理成本增加，而且会吸收10-20％的紫外线，使紫外线利用效率降低。

为了解决有极紫外灯存在的问题，一种新型的微波无极紫外灯开始被应用于废水处理领域。微波无极紫外灯的灯管没有电极，因此寿命可以达到5万小时以上，也不存在增加石英套管的必要。但是微波无极紫外灯用于废水处理时，存在两大问题：第一是用于激发紫外光的微波磁控管寿命很短，仅2000-3000小时，因此仍然导致整个反应系统需要不断更换配件，成本增加；第二是用于激发紫外线的微波绝大部分被废水直接吸收发热，从而使光电转换效率大幅降低。

而另一种无极紫外灯——磁励无极紫外灯，是通过外加线圈在高频电流作用下产生的高频磁场，激发无极紫外灯管内的物质产生紫外光，而电磁场不会受到废水的干扰，所以其光电转换效率很高。同时，与磁励无极紫外灯管配套的各类电子元器件的寿命也可以达到5万小时以上，因而整体系统的维护更换成本很低。

吴鹏在“低频无极灯降解偶氮染料酸性橙7”论文中首次将外耦合磁励无极紫外灯用于废水处理，但是该研究仅停留在理论研究阶段，其应用方法和装置还存在以下问题：

1)仅利用紫外光进行氧化，反应过程中除紫外光的直接分解作用外，也通过催化溶解氧产生臭氧进行氧化，但这两类氧化方式的氧化效率都低于羟基自由基，所以仅适用于处理低浓度有机废水；

2)反应在常温下进行，未达到磁励无极紫外灯的最佳工作温度，因此氧化效率偏低；

3)反应器结构材料使用有机玻璃，长期使用后会因为紫外辐射和氧化导致其老化损坏；

4)采用序批式静态结构，使用过程中灯管表面容易结垢，导致紫外透过率降低，进一步导致氧化效率降低。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电磁紫外协同处理有机废水的装置和方法，大大提高了氧化效率，同时降低了运行成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电磁紫外协同处理有机废水的装置，包括带有加热管9的反应槽1，废水预处理后送入反应槽1，所述反应槽1中设置有pH探头7和温度探头8，所述反应槽1通过水泵2以及管道与电磁紫外协同反应器5连接，使废水在反应槽1和电磁紫外协同反应器5之间循环，氧化剂储槽3通过加药泵连接在所述管道上。

所述电磁紫外协同反应器5材质选用耐酸碱、耐紫外、且耐氧化的材料，例如不锈钢、玻璃、石英、氟塑料或陶瓷等。

所述电磁紫外协同反应器5为密封结构，仅设置进水口53、出水口54和防水电源线接口；所述密封结构由上部51和下部52组成，紫外灯55放置在两部分之间；所述上部51和下部52的密封结合方式包括但不限于法兰密封、密封圈密封以及卡环密封等。

所述紫外灯55为磁励无极紫外灯，包括无极紫外灯管、用于产生高频磁场的磁环和缠绕在磁环上的线圈以及用于产生高频电流的频率转换器。

所述无极紫外灯管的形状但不限于矩形、球形、椭球形、圆环形或椭圆环形等任何可以通过电磁场激发紫外光的形状，在所述磁环和线圈外涂覆导热硅胶或/和加装密封保护套，以防止磁环和线圈被腐蚀，所述电磁紫外协同反应器5的内壁与无极紫外灯管的距离在5cm以内，该距离内的紫外光强度高，可以大幅提高反应速率。所述无极紫外灯管及配套线圈的功率为30w-5kw。

本发明中，可以将所述电磁紫外协同反应器5通过串并联方式组合，以适应不同水量。

本发明还提供了一种电磁紫外协同处理有机废水的方法，包括如下步骤：

1)将废水经预处理去除悬浮物后注入反应槽；

2)根据废水特征，调整废水pH至2-12之间；

3)将废水与氧化剂混合后，泵入密封的电磁紫外协同反应器进行反应并与反应槽中的废水循环；

5)反应期间，维持废水温度在10-90摄氏度，优选40-80摄氏度；

6)反应结束后将废水排出。

所述氧化剂可以为双氧水、次氯酸钠、二氧化氯、臭氧、空气或氧气。

维持温度的加热方式包括蒸汽加热、电加热、红外加热、微波加热等方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)寿命长，少更换，维护成本低。与磁励无极紫外灯管配套的各类电子元器件的寿命也可以达到5万小时以上；反应器也选用不锈钢、氟塑料等耐紫外，耐氧化的材料；流经反应器的废水流速很快，可以对灯管表面进行冲刷，防止结垢。

2)光电转换效率高。紫外灯管直接与废水接触，不需要石英套管的保护，从而避免了石英套管对紫外的吸收；用于激发紫外光的电磁场不会被废水吸收，可以最大限度转换为紫外光；通过控制温度，使灯管工作在最佳温度状态下，发光效率达到最大。

3)氧化效率高。不单纯利用紫外光，而是主要利用紫外催化氧化剂产生的氧化能力更强的羟基自由基进行氧化；反应温度提高，氧化速率大幅增加；电磁场与紫外光协同作用，可以提高废水中的羟基自由基数量；反应器结构紧凑，废水流经反应器时，水中的光强密度高，氧化效率提升。因而适用于处理高浓度有机废水。

4)运行成本低。除了光电转换效率和氧化效率提高；处理相同浓度的有机废水时，UV/H₂O₂的运行费用也远低于单纯紫外，而且氧化过程中不使用各种均相非均相的催化剂，有机废水中的有机物完全矿化生成二氧化碳和水，因此不产生沉淀，不存在污泥处理费用。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明电磁紫外协同氧化反应器整体等轴测图一。

图3是本发明电磁紫外协同氧化反应器整体等轴测图二。

图4是本发明电磁紫外协同氧化反应器和紫外灯等轴测图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种电磁紫外协同处理有机废水的装置，包括带有加热管9的反应槽1，废水预处理后送入反应槽1，所述反应槽1中设置有pH探头7和温度探头8，所述反应槽1通过水泵2以及管道与电磁紫外协同反应器5连接，使废水在反应槽1和电磁紫外协同反应器5之间循环，氧化剂储槽3通过加药泵连接在所述管道上。

有机废水经过预处理后，泵入反应槽1，在反应槽1中通过pH探头7监测废水pH并通过投加酸碱调节废水pH至2-12之间，通过温度探头8监测温度并通过加热管9将其稳定在10-90摄氏度之间。随后通过水泵2将废水打入电磁紫外协同氧化反应器5，使其在反应槽1和电磁紫外协同氧化反应器5之间不断循环。废水在进入电磁紫外协同氧化反应器5之前，会通过加药泵4将氧化剂储槽3中的氧化剂按特定的剂量加入废水管道中。

废水与氧化剂在管道中充分混合后一起进入电磁紫外协同氧化反应器5。配电控制箱6对反应温度、废水pH、紫外灯实时功率进行实时监测，并对水泵2、加药泵4、电磁紫外协同氧化反应器5和加热管9的电源开关进行联动控制。

本发明中，电磁紫外协同反应器5材质选用耐酸碱、耐紫外、且耐氧化的材料，例如不锈钢、玻璃、石英、氟塑料或陶瓷等。如图2、图3和图4所示，电磁紫外协同反应器5为密封结构，仅设置进水口53、出水口54和防水电源线接口；密封结构由上部51和下部52组成，紫外灯55放置在两部分之间；上部51和下部52的密封结合方式包括但不限于法兰密封、密封圈密封以及卡环密封等。图2和图3中，通过通过螺丝和垫圈进行密封，设置有四个固定孔57、58、59、60。废水经过进水口53流入反应器，流经紫外灯管后从出水口54排出。在此期间，紫外灯55通过电磁线圈56激发产生紫外光，通过紫外光直接氧化，或者催化废水中氧化剂产生羟基自由基等强氧化性自由基进行氧化，从而分解水中的污染物。

本发明中，紫外灯55为磁励无极紫外灯，包括无极紫外灯管、用于产生高频磁场的磁环和缠绕在磁环上的线圈以及用于产生高频电流的频率转换器。无极紫外灯管的形状但不限于矩形、球形、椭球形、圆环形或椭圆环形等任何可以通过电磁场激发紫外光的形状，在所述磁环和线圈外涂覆导热硅胶或/和加装密封保护套，以防止磁环和线圈被腐蚀，所述电磁紫外协同反应器5的内壁与无极紫外灯管的距离在5cm以内，该距离内的紫外光强度高，可以大幅提高反应速率。无极紫外灯管及配套线圈的功率为30w-5kw。

本发明中，可以将所述电磁紫外协同反应器5通过串并联方式组合，以适应不同水量。

下面结合实施例进一步说明，但本专利保护范围不限于以下实施例：

实施例1

采用300W矩形磁励无极紫外灯及不锈钢密封反应器，用于处理20升COD浓度4500mg/L的高浓度染色废水，反应过程中，调节废水pH＝3-6之间，维持温度在40-50℃，投加27.5％的双氧水共计200ml，循环反应2h后，COD处理至250mg/L，去除率达到95％。

实施例2

采用100W环形磁励无极紫外灯，以玻璃作为反应器外壳，密封部分采用聚四氟乙烯，用于处理10升COD浓度70000mg/L的化学镀镍废液，反应过程中，调节废水pH＝4-5之间，维持温度在60-80℃，投加27.5％的双氧水共计2升，循环反应3h以后，COD降低至3000mg/L，去除率为95％。

实施例3

采用两个500W矩形磁励无极紫外灯，分别放置在不锈钢密封反应器中，将两个反应器并联，用于处理200L电镀锌镍合金废水，反应过程中，调节pH＝10-11，维持温度在30-40℃，并加入共计2升10％的次氯酸钠溶液，循环反应4h以后，COD从2600mg/L降低至100mg/L以内，去除率为96％。

Claims (6)

1.一种电磁紫外协同处理有机废水的装置，包括带有加热管(9)的反应槽(1)，废水预处理后送入反应槽(1)，其特征在于，所述反应槽(1)中设置有pH探头(7)和温度探头(8)，所述反应槽(1)通过水泵(2)以及管道与电磁紫外协同反应器(5)连接，使废水在反应槽(1)和电磁紫外协同反应器(5)之间循环，氧化剂储槽(3)通过加药泵连接在所述管道上，所述电磁紫外协同反应器(5)为密封结构，仅设置进水口(53)、出水口(54)和防水电源线接口；所述密封结构由上部(51)和下部(52)组成，紫外灯(55)放置在两部分之间；所述上部(51)和下部(52)的密封结合方式包括法兰密封、密封圈密封以及卡环密封，所述紫外灯(55)为磁励无极紫外灯，包括无极紫外灯管、用于产生高频磁场的磁环和缠绕在磁环上的线圈以及用于产生高频电流的频率转换器；所述无极紫外灯管的形状为矩形、球形、椭球形、圆环形或椭圆环形，在所述磁环和线圈外涂覆导热硅胶或/和加装密封保护套，以防止磁环和线圈被腐蚀，所述电磁紫外协同反应器(5)的内壁与无极紫外灯管的距离在5cm以内，所述无极紫外灯管及配套线圈的功率为30w-5kw；所述电磁紫外协同反应器(5)材质选用耐酸碱、耐紫外、且耐氧化的材料。

2.根据权利要求1所述电磁紫外协同处理有机废水的装置，其特征在于，所述电磁紫外协同反应器(5)材质选用不锈钢、玻璃、石英、氟塑料或陶瓷。

3.根据权利要求1所述电磁紫外协同处理有机废水的装置，其特征在于，将所述电磁紫外协同反应器(5)通过串并联方式组合，以适应不同水量。

4.一种电磁紫外协同处理有机废水的方法，采用权利要求1所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：

1)将废水经预处理去除悬浮物后注入反应槽；

2)根据废水特征，调整废水pH至2-12之间；

3)将废水与氧化剂混合后，泵入密封的电磁紫外协同反应器进行反应并与反应槽中的废水循环；

5)反应期间，维持废水温度在10-90摄氏度；

6)反应结束后将废水排出。

5.根据权利要求4所述电磁紫外协同处理有机废水的方法，其特征在于，所述氧化剂为双氧水、次氯酸钠、二氧化氯、臭氧、空气或氧气。

6.根据权利要求4所述电磁紫外协同处理有机废水的方法，其特征在于，所述步骤5)中，维持废水温度在40-80摄氏度，加热方式为蒸汽加热、电加热、红外加热或微波加热。