CN110386634A - 一种运行压力可调式o3/h2o2/uv高级氧化系统及其运行工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统及其运行工艺，属于水处理技术领域。其解决了反应器运行压力不足、臭氧利用率不高、O3/H2O2/UV高级氧化系统效率低的技术问题。其包括反应器、进水单元、出水单元、紫外线照射装置、臭氧扩散器、H2O2投加器和压力调节装置，反应器从下端进水，穿过紫外线照射装置后从上端出水；臭氧扩散器设置在反应器的底部；紫外线照射装置通过紫外电控系统对其紫外线照射能量进行调节，压力调节装置包含臭氧尾气控制阀、系统压力调节阀、压力显示器。本发明基于臭氧并集成UV催化和H2O2协同催化形成O3/H2O2/UV高级氧化系统，提高了系统去除污染物效果、拓展了O3/H2O2/UV技术应用范围。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统及其运行工艺。
背景技术
O3/H2O2/UV高级氧化工艺可以产生强氧化性羟基自由基(·OH)，该自由基可将大分子难降解有机污染物断链、开环，实现污染物降解。目前，O3/H2O2/UV高级氧化工艺已运用于市政污水与工业废水深度处理领域，并取得了良好的效果。
O3/H2O2/UV高级氧化工艺通过以下反应原理产生·OH：
O3+hv→O2+O(1D)
O(1D)+H2O→2·OH
O3+OH-→HO2 -+O2
O3+HO2 -→·OH+O2 -+O2
H2O2+hv→2·OH
通过以上反应原理可知，O3/H2O2/UV工艺中O3浓度、H2O2浓度、UV剂量均是产生·OH的重要影响因素，可通过调整O3、H2O2、UV三个系统的运行工况优化O3/H2O2/UV工艺的运行效果；其中，水中O3浓度与溶液温度、操作压力、pH、水中成分、臭氧气体浓度等有关；有研究表明，操作压力是影响臭氧浓度的重要因素，一般操作压力越高，水中臭氧浓度越高。工程中，基于臭氧的高级氧化系统一般通过有效水深控制系统操作压力，设计水深一般不低于5m。
针对于中小型工程，考虑采用一体化处理装置，高级氧化设计水深按照5m设计时，反应器的加工、安装及运输较为困难。此外，O3/H2O2/UV高级氧化系统一般投资、运行成本较高，有条件的工程应在设计阶段前通过模型实验研究确定合理的工艺设计参数，但常规小试、中试实验装置因高度和运行压力有限，难以真实模拟O3/H2O2/UV工艺运行工况。
CN 108585329 A公开了一种UV/O3/H2O2高级氧化反应器及工艺，包括进水管、出水管、紫外反应器、H2O2投加设施和O3投加设施，紫外反应器采用下进上出的腾跃式结构，内嵌若干紫外线灯组，紫外线灯组与隔板呈一定角度布置；进水管连接紫外反应器下方进水口，出水管连接紫外反应器上方出水口，进水管连接管路上设有H2O2和O3投加设施；原水加压后经H2O2投加设施投加一定浓度的H2O2，再将臭氧发生器制备的臭氧经水射器投加一定浓度的臭氧最后进入紫外反应器。其虽然实现了UV/O3、O3/H2O2和UV/H2O2等三种高级氧化方式的单独、联合运行，但是其运行压力无法调节。
综上所述，开发一种运行压力可调式的O3/H2O2/UV反应器系统具有重大工程指导意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统及其运行工艺，其可以解决反应器运行压力不足、臭氧利用率不高、O3/H2O2/UV高级氧化系统效率低的问题。
本发明的任务之一在于提供一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统，其采用了以下技术方案：
一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统，其包括反应器、进水单元、出水单元、紫外线照射装置、臭氧扩散器、H2O2投加器，还包括压力调节装置，所述的进水单元与出水单元均与所述的反应器相连通，所述进水单元与所述反应器的中下部连接，所述的出水单元与所述的反应器的中上部连接；
所述的压力调节装置包括压力显示器、压力调节阀及臭氧尾气控制阀，所述的压力显示器与所述的反应器连接，所述的压力调节阀连接在所述的出水单元的出水管上；
所述的紫外线照射装置，位于所述反应器的顶部，其包括腔体、位于腔体内的若干组紫外灯管及用于固定所述紫外灯管的支撑板；
所述的臭氧扩散器、H2O2投加器均设置在所述的反应器的底部。
作为本发明的一个优选方案，上述的进水单元包括进水口和流量调节阀，上述的进水口位于上述反应器的中下方，与上述的进水口连接的进水管道上连接上述流量调节阀。
作为本发明的另一个优选方案，上述的出水单元包括出水口和与上述出水口连接的上述的出水管，上述的出水口位于上述反应器的中上方。
进一步的，上述的紫外线照射装置连接有与其配套的紫外电控系统，通过上述的紫外电控系统对其紫外线照射能量进行调节。
进一步的，上述的臭氧尾气控制阀位于与上述的反应器连接的臭氧排放管道上。
进一步的，上述的反应器为圆柱状。
本发明的另一任务在于提供一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统的运行工艺，依次包括以下步骤：
a、待处理水通过进水单元进入到反应器中，水流方向由横向流变为竖向流，通过臭氧扩散器、H2O2投加器向反应器中分别通入臭氧和H2O2，实现反应器内水与O3、H2O2的混合，并在水中产生一定浓度·OH；
b、混合了O3和H2O2的水体继续向上流至所述的紫外线照射装置中，O3和H2O2在紫外线照射作用下产生·OH；
c、当O3上升至汽水界面后从水中溢出，并经所述臭氧尾气控制阀从臭氧尾气排放口排出；而流经所述反应器处理完的水则从出水单元排出。
上述的运行工艺，其运行参数设置如下：
臭氧气体经臭氧扩散器充入反应器时，所述反应器的运行压力一般不超过0.08Mpa。
与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
(1)采用O3/H2O2/UV反应器，集成O3、H2O2、UV三个单元，可以方便灵活的调整各个单元的运行工况，从而确定系统最优的运行条件，较单纯O3氧化效果明显提升，可以确保系统稳定达到更高的水质指标要求，并有效降低污染物处理成本。
(2)现有基于O3氧化的反应器一般设计水深不小于5m；针对于中小型一体化反应器，若采用5m水深进行反应器设计，反应器的加工、安装及运输较为困难。采用本发明，通过调节压力调节装置可以实现一体化反应器有压流运行，系统有效水深较低的情况下，可以保证运行压力达到甚至超过5m水深设计运行压力的要求，从而能够获得较高的臭氧溶解效果，提高臭氧的利用率，降低系统运行成本；该高级氧化器在中小型污水处理工程中应用前景广阔。
(3)O3/H2O2/UV高级氧化器有压流运行，运行压力可根据需求进行调节，一般运行压力范围0.02-0.08Mpa，满足现有实际工程运行工况要求，因此，可通过该反应器进行更为准确的模拟实验从而确定工程化设计参数及工艺运行参数，确保工程设计的合理性。
(4)O3/H2O2/UV高级氧化器可采用多级串联形式，通过调整每一级运行压力优化系统运行效果；此外，还可以通过调整运行压力及时脱除末级反应器水中臭氧，防止对于后端处理工艺(如反硝化深床滤池)等的不利影响。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明反应器的结构示意图；
图中，1、反应器，2、臭氧扩散器，3、紫外线照射装置，301、支撑板，302、紫外灯管，4、紫外电控系统，5、压力显示器，6、进水口，7、出水口，8、流量调节阀，9、压力调节阀，10、臭氧尾气控制阀，11、臭氧尾气排放口，12、取样阀，13、放空阀，14、H2O2投加器，15、H2O2投加控制阀。
具体实施方式
本发明提出了一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统及其运行工艺，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化器，其包括反应器1、臭氧扩散器2、紫外线照射装置3、紫外电控系统4、压力显示器5、进水口6、出水口7、流量调节阀8、压力调节阀9、臭氧尾气控制阀10、臭氧尾气排放口11、取样阀12、放空阀13、H2O2投加器14、H2O2投加控制阀15。
上述的紫外线照射装置3包括腔体、支撑板301和若干组紫外灯管302，其中，支撑板和紫外灯管都位于该腔体内部，支撑板301用于固定紫外灯管302，具体的紫外灯管302的数量根据反应器的大小来决定，本领域技术人员可做成合理选择。紫外电控系统4，其作用是用于对紫外线照射装置的紫外线照射能量进行调节，具体如何调节本领域技术人员借鉴现有技术也可实现。
作为本发明的一个主要创新点，运行压力可调节，其主要通过压力显示器、压力调节阀及臭氧尾气控制阀来调节反应器的运行压力。具体的，压力调节装置包括压力显示器、压力调节阀及臭氧尾气控制阀，压力显示器与反应器连接，压力调节阀连接在出水单元的出水管上；
上述的进水口位于上述反应器的中下方，与上述的进水口连接的进水管道上连接流量调节阀，通过流量调节阀8来调节进水流量，出水口位于上述反应器的中上方。
臭氧扩散器、H2O2投加器均设置在反应器的底部，臭氧扩散器常用钛金属板微孔曝气器、陶瓷微纳米曝气器，优选上述反应器1为圆柱状，当然本发明并不限于此，其还包括诸如长方体形等其它本领域技术人员所用的常规形状。
本发明一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统，也可包括多组反应器，多组反应器之间采用串联的形式，均从反应器的底部进水，从其顶部出水。
下面对本发明一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统的工作原理做详细说明：
待处理水从进水口6经流量调节阀8进入反应器1，水流方向由横向流转为竖向流，从而由底部向上沿着紫外线照射装置3内的紫外灯管302的外壁流过，最后经压力调节阀9后从出水口7排出。
水流经过反应器1时，反应器底部通过臭氧扩散器2通入臭氧化气体、H2O2经H2O2投加控制阀15及H2O2投加器14进入反应器，因O3密度小于水，O3在反应器1中上升并对水体形成一定搅拌作用，实现反应器内水与O3和H2O2的混合，并在水中产生一定浓度·OH；混合了O3和H2O2的水体继续向上流至由支撑板301固定在反应器1中的紫外线照射装置3，O3和H2O2在紫外线照射作用下产生·OH。当O3上升至汽水界面后从水中溢出，并经臭氧尾气控制阀10从臭氧尾气排放口11排放至大气或者臭氧尾气破坏装置中；而流经反应器1处理完的水则从出水口7流出。
反应器1中注入的臭氧由臭氧发生器产生，并经臭氧管道、阀门连接臭氧扩散器并最终投加至反应器1中，臭氧的投加量可以通过臭氧发生器配套阀门调节；H2O2的投加量可以通过H2O2投加控制阀15调节；紫外线照射装置3所产生的紫外线照射能量通过配套的紫外电控系统4调节。
反应器1的运行压力可从压力显示器5查看，并通过流量调节阀8、压力调节阀9和臭氧尾气控制阀10进行压力调节。常用臭氧发生器出气压力一般为0.1Mpa，考虑臭氧管道、阀门、臭氧扩散器3等产生的压力损失，反应器1内的运行压力一般不大于0.08Mpa。
本发明运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统运用到工程中，参照上述说明进行运行，并可以从取样阀12处取样查看系统运行效果；系统检修时经放空阀13排除反应器1内水体。
运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统运用到模型实验中，通过调整流量调节阀8、系统压力调节阀9、H2O2投加控制阀15、紫外电控系统4、臭氧尾气控制阀10以及配套臭氧发生器等调节系统水量、O3投加浓度、H2O2投加浓度、UV照射能量、系统压力等运行参数，并通过取样阀12取样后进行指标化验，确定反应器系统最佳的运行工况。
下面结合具体实施例对本发明做详细说明：
实施例1：
将本发明运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统应用到山东某工业废水深度处理工程。
该工业废水处理工程处理量为500m3/d，深度处理系统采用O3/H2O2/UV高级氧化系统。高级氧化系统采用集装箱一体化设备，反应柱5级串联，反应柱高度2.4m，有效水深2.0m，反应柱内总停留时间为60min。
该高级氧化系统可以根据进水水质条件调节O3投加浓度、H2O2投加浓度、UV照射能量、系统压力；其中O3投加浓度范围为0-100mg/L，H2O2投加浓度调节范围为0-100mg/L，UV照射能量调节范围为0-200mJ/cm2，系统运行压力调节范围为0.02-0.06Mpa。
本发明深度处理系统设施为运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统，可根据水量、水质灵活调整系统运行工况，在取得良好水质处理效果的同时降低了运行成本；且在反应柱高度仅有2.4m的条件下系统运行压力可以达到0.06Mpa，极大的便捷了系统的加工、运输与安装。
本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
需要说明的是：在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统，其包括反应器、进水单元、出水单元、紫外线照射装置、臭氧扩散器、H2O2投加器，其特征在于：
还包括压力调节装置，所述的进水单元与出水单元均与所述的反应器相连通，所述进水单元与所述反应器的中下部连接，所述的出水单元与所述的反应器的中上部连接；
所述的压力调节装置包括压力显示器、压力调节阀及臭氧尾气控制阀，所述的压力显示器与所述的反应器连接，所述的压力调节阀连接在所述的出水单元的出水管上；
所述的紫外线照射装置，位于所述反应器的顶部，其包括腔体、位于腔体内的若干组紫外灯管及用于固定所述紫外灯管的支撑板；
所述的臭氧扩散器、H2O2投加器均设置在所述的反应器的底部。
2.根据权利要求1所述的一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统，其特征在于：所述的进水单元包括进水口和流量调节阀，所述的进水口位于所述反应器的中下方，与所述的进水口连接的进水管道上连接所述流量调节阀。
3.根据权利要求1所述的一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统，其特征在于：所述的出水单元包括出水口和与所述出水口连接的所述的出水管，所述的出水口位于所述反应器的中上方。
4.根据权利要求1所述的一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统，其特征在于：所述的紫外线照射装置连接有与其配套的紫外电控系统，通过所述的紫外电控系统对其紫外线照射能量进行调节。
5.根据权利要求1所述的一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统，其特征在于：所述的臭氧尾气控制阀位于与所述的反应器连接的臭氧排放管道上。
6.根据权利要求1所述的一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统，其特征在于：所述的反应器为圆柱状。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种运行压力可调式O3/H2O2/UV高级氧化系统的运行工艺，其特征在于，依次包括以下步骤：
a、待处理水通过进水单元进入到反应器中，水流方向由横向流变为竖向流，通过臭氧扩散器、H2O2投加器向反应器中分别通入臭氧和H2O2，实现反应器内水与O3、H2O2的混合，并在水中产生一定浓度·OH；
b、混合了O3和H2O2的水体继续向上流至所述的紫外线照射装置中，O3和H2O2在紫外线照射作用下产生·OH；
c、当O3上升至汽水界面后从水中溢出，并经所述臭氧尾气控制阀从臭氧尾气排放口排出；而流经所述反应器处理完的水则从出水单元排出。
8.根据权利要求7所述的一种运行工艺，其特征在于，其运行参数设置如下：
臭氧气体经臭氧扩散器充入反应器时，所述反应器的运行压力不超过0.08Mpa。
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