CN110950495A

CN110950495A - 高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统及方法

Info

Publication number: CN110950495A
Application number: CN201911263800.1A
Authority: CN
Inventors: 王永磊; 田立平; 王晓波; 刘宇雷; 郑振魁; 丁路明; 王学琳; 孙文韬; 刘杰; 张孟雨; 林珂
Original assignee: Weifang Municipal Public Utility Service Center
Current assignee: Weifang Municipal Public Utility Service Center; Shandong Jianzhu University
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-04-03

Abstract

本发明公开一种高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统，包括依次连接的进水管、离心泵、第一流量计、混合器、紫外反应器和活性炭罐；所述活性炭罐连通有回流泵，所述回流泵与文丘里管连通，所述文丘里管与紫外反应器连通，所述第一流量计与混合器之间设置有过氧化氢加药桶，所述进水管通过第二流量计与活性炭罐连通。高级氧化技术借助紫外光的活化作用分解H₂O₂产生羟基自由基（·OH），依靠·OH的强氧化性分解天然水体中的有机微污染物，具有操作简单、价格低廉、不产生副产物等优势。

Description

高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统及方法

技术领域

本发明涉及给水处理领域，具体涉及一种高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统及方法。

背景技术

到现迄今为止，我国整体水资源的主要特点虽然其水量非常之庞大，位居全世界第六位，但是总体的人均占有量却十分匮乏，大概仅仅不到世界人均的四分之一。此外我国除了水资源总量有限之外，严峻的水源环境健康安全形势也是摆在我国供水行业面前的突出问题。

饮用水的安全与卫生直接关系到人类身体健康。由于地表径流作用各种生活、工业、农业污染物进入到水源水，对饮用水的安全及可用性构成极大的威胁。饮用水常规处理工艺包括混凝、沉淀、过滤和消毒，给水常规水处理工艺的去除对象主要是水中的悬浮物、胶体和细菌等，溶解性有机物、嗅味、无机盐类均难以去除，通过常规处理工艺去除水中有机物及嗅味物质等是远远不够的，需进行深度处理。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统及方法，高级氧化技术借助紫外光的活化作用分解H₂O₂产生羟基自由基（·OH），依靠·OH的强氧化性分解天然水体中的有机微污染物，具有操作简单、价格低廉、不产生副产物等优势。

高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统，包括依次连接的进水管、离心泵、第一流量计、混合器、紫外反应器和活性炭罐；所述活性炭罐连通有回流泵，所述回流泵与文丘里管连通，所述文丘里管与紫外反应器连通，所述第一流量计与混合器之间设置有过氧化氢加药桶，所述进水管通过第二流量计与活性炭罐连通。

优选的，所述活性炭罐的进口安装有多路阀，所述多路阀分别与紫外反应器、回流泵、第二流量计和出水管连通。

优选的，所述多路阀连通有排空管。

优选的，所述活性炭罐内部自上至下设置有活性炭滤料和卵石承托层。

优选的，所述过氧化氢加药桶由加药泵驱动。

优选的，所述混合器为静态管式混合器。

本发明还公开一种高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理方法，包括如下步骤：

步骤1、启动离心泵，原水经进水管和离心泵进入第一流量计；混合器、紫外反应器最终到达活性炭罐；

步骤2、启动加药泵，将加药桶内的过氧化氢溶液与原水汇合，混合液流入混合器进行混合；

步骤3、启动回流泵，使活性炭罐内10-15%的出水回流通过文丘里管并产生大量微纳米气泡与混合器的出水汇合；

步骤4、汇合以后的原水进入紫外反应器进行高级氧化反应去除嗅味物质，反应后的原水通过多路阀进入活性炭罐进行过滤。

优选的，当系统在启动、间歇运行或低负荷运行时，多路阀启动回流模式，使一部分给水通过第二流量计流回离心泵的进水端。

本发明的有益效果：

1）文丘里管的使用，使气浮技术和高级氧化技术相联合。微纳米气泡，被紫外光照射，破裂后释放出•OH强化了高级氧化作用。

2）微纳米气泡增加了水中的溶解氧，提高了生物活性炭中的好氧微生物的活性，大大提高了处理效率。

3）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，防止有机污染物附着及结垢。

4）产生的气泡可以在出水后起到吹脱嗅味物质的作用。

5）H₂O₂在紫外光的作用下分解产生的羟基自由基·OH，可非选择性的氧化水体所含有机微污染物，且兼具消毒作用。

6）UV/H₂O₂高级氧化与活性炭过滤工艺联用，投药量与停留时间均可降低，活性炭可吸附过量的H₂O₂，残余的H₂O₂在一定程度上可促进活性炭的再生，延长其使用寿命。

7）UV/H₂O₂-BAC组合工艺可直接与常规工艺相衔接，工艺简单，流程短，可根据进水水质的变化灵活调整紫外光强、H₂O₂投加量、水力停留时间和活性炭滤速等工艺参数，进而达到高效性与经济性的统一。

8）UV/H₂O₂对去除嗅味物质具有反应速率快的优点，所需反应时间短，几乎瞬间完成，不需新建接触池等构筑物，占地小，一次性投资较少。

9）本发明使正常处理进水和反冲洗进水共用一个离心泵，节约了资源。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明水处理过程流程图；

图2为本发明装置示意图；

图中：1.进水管；2.PVC-U阀门；3.离心泵；4.第一流量计；5.加药泵；6.过氧化氢加药桶；7.混合器；8.紫外反应器；9. 第二流量计；10.回流管；11回流泵；12.文丘里管；13.多路阀；14.活性炭滤料；15.卵石承托层；16.活性炭罐；17.出水管；18.排空管。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-2所示，该处理系统分为高级氧化过程和反冲洗过程两个工序，下面分别详细介绍：

1、高级氧化过程

原水经过常规处理以后，在离心泵3的作用下通过进水管1、离心泵3进入第一流量计4；过氧化氢加药桶6在加药泵5的作用下使H₂O₂溶液与原水汇合以后流入静态管式混合器7进行混合，活性炭罐16后设有回流管10，在回流泵11的作用下使10-15%的出水回流通过文丘里管12并产生大量微纳米气泡与静态管式混合器7的出水汇合，混合以后的原水进入紫外反应器8进行高级氧化反应去除嗅味物质，反应后的原水通过多路阀13进入活性炭罐16进行过滤，活性炭罐滤层为活性炭滤料14，底部为卵石承托层15，活性炭滤料可以去除水中残余的H₂O₂，同时因为吸附H₂O₂而延长再生周期，另外，活性炭进一步去除水中微量有机物，充分利用了高级氧化的强氧化性、活性炭的生物作用和吸附作用，并有效避免了溴酸盐等副产物问题，最后处理完的水从出水管17流出；

2、反冲洗过程

原水在离心泵3的作用下，通过进水管1、离心泵进入第二流量计9，通过流量计控制反冲洗流量，将多路阀13调至反冲洗后原水流入活性炭罐16，反冲洗水流由下而上反向依次通过卵石承托层15、活性炭滤料14，使滤层膨胀呈流态化，在水流剪切力和滤料颗粒间碰撞摩擦的双重作用下，把截留在滤料层中的杂质从滤料表面剥落下来，然后被冲洗水从出水管17带出，反冲过程中由第二流量计9控制反冲洗强度，防止跑炭。

在每一管路中均安装控制管路通断的有PVC-U阀门2，多路阀连通有排空管18，整个污水处理装置底部安装滚轮，方便在多种场合之间移动。

应用该系统对污水进行处理的工艺原理如下：

1）文丘里管空化产生微气泡部分

原水在离心泵的作用下进入系统，正常处理进水和反冲洗进水共用一个离心泵，节约了资源。离心泵周围设置一个环形回流管路，即多路阀13、第二流量计9和PVC-U阀门2连通到离心泵3的进口端，其作用是避免发生汽蚀，当系统在启动、间歇运行或低负荷运行时，循环旁路打开，使一部分给水从旁路直接打回水箱，增大了离心泵流量，从而避免给水泵汽蚀。通过流量计控制进水流量；H₂O₂加药桶在加药泵的作用下使H₂O₂溶液流入静态管式混合器进行混合，H₂O₂混合液通过管道内螺旋叶片产生流向变化，出现紊流现象从而提高混合效率。在回流泵的作用下使出水的10-15%通过回流管进入文丘里管并产生大量微纳米气泡与静态混合器出水混合。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，防止有机污染物附着及结垢；产生的气泡可以在紫外反应器内被紫外光照射，破裂后释放出•OH强化高级氧化作用；产生的气泡会增加溶解氧，可以提高活性炭罐好氧微生物的生物活性；产生的气泡可以在出水后起到吹脱嗅味物质的作用；

2）高级氧化反应部分

混合液进入紫外反应器8进行高级氧化反应去除嗅味物质以及水中有机物，UV对嗅味物质以及有机物具有一定的破坏作用，H₂O₂在紫外光的照射下产生•OH，其氧化还原电位为2.80V，远高于其它化学氧化剂，对水中存在的各类有机污染物几乎都具有较强的氧化作用。在 UV/H₂O₂高级氧化去除水中污染物过程中，H₂O₂经紫外光照射生成·OH自由基, •OH无选择性的与嗅味物质及有机物分子反应，主要攻击嗅味物质和有机物分子的不饱和键或者对C-H键进行夺氢反应，特别是攻击有机物分子中π键、胺基、醚、硫醚和羧基的α位点，产生碳正离子，碳正离子与氧分子反应形成过氧自由基，过氧自由基断裂形成氧基自由基，再继续断裂生成其它自由基及稳定的中间产物，继而被氧化成易被活性炭吸附降解的小分子有机物。在反应的过程中羟基自由基占主导作用,同时由于紫外光辐射和双氧水分解对反应物分子的活化性能也产生了一定促进作用；

UV及其激发H₂O₂产生的•OH兼具消毒功能，能够抑制及灭活细菌、酵母、真菌、病毒、芽孢和两虫（贾第鞭毛虫和隐孢子虫）等病原微生物，一是254nm波长的紫外光破坏了水中微生物的DNA的结构，导致微生物无法繁殖，丧失致病能力，实现消毒目的；二是•OH直接氧化细菌细胞外层结构，改变了细胞的选择通过性，破坏了细菌细胞内外物质平衡，导致了细菌死亡；三是•OH或活性氧等H₂O₂的分解产物，直接与细菌蛋白质和核酸发生反应，破坏了其结构导致微生物死亡；

3）生物活性炭过滤部分

紫外反应器高级氧化处理后的水通过活性炭的多路阀进入生物活性炭罐。生物活性炭技术是以活性炭为载体，在适宜的生长条件下，微生物生长形成活跃的生物膜附着在活性炭表面，由此产生生物活性炭，不仅能发挥活性炭的物理吸附作用，还能充分利用表面生物膜的生物降解作用去除有机物以及嗅味物质。UV/H₂O₂与活性炭过滤工艺联用，投药量与停留时间均可降低，活性炭可吸附过量的H₂O₂，残余的H₂O₂在一定程度上可促进活性炭的再生，延长其使用寿命。活性炭的生物降解作用可以去除高级氧化反应生成的易被生物降解的有机物；同时因为活性炭的生物作用和吸附作用，并有效避免了溴酸盐等副产物问题。

UV/H₂O₂-BAC组合工艺可直接与常规工艺相衔接，工艺简单，流程短，可根据进水水质的变化灵活调整紫外光强、H₂O₂投加量、水力停留时间和活性炭滤速等工艺参数，进而达到高效性与经济性的统一。

微纳米气泡是指介于微米气泡（直径为10-50μm）和纳米气泡（直径小于200μm）之间的气泡。微纳米气泡具有在水中停留时间长、直径小、比表面积大的特性，有助于提高气液传质速率和效率；表面负电荷高，稳定性强等优点。UV/H₂O₂高级氧化技术借助紫外光的活化作用分解H₂O₂产生羟基自由基·OH，依靠·OH的强氧化性分解天然水体中的有机微污染物，具有操作简单、价格低廉、不产生副产物等优势。UV/H₂O₂与活性炭联用，活性炭可以去除水中残余的 H₂O₂，同时因为吸附 H₂O₂而延长再生周期，另外，活性炭进一步去除水中微量有机物，充分利用了高级氧化的强氧化性、活性炭的生物作用和吸附作用，并有效避免了溴酸盐等副产物问题，是目前饮用水深度处理较好的组合工艺。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统，其特征在于，包括依次连接的进水管、离心泵、第一流量计、混合器、紫外反应器和活性炭罐；所述活性炭罐连通有回流泵，所述回流泵与文丘里管连通，所述文丘里管与紫外反应器连通，所述第一流量计与混合器之间设置有过氧化氢加药桶，所述进水管通过第二流量计与活性炭罐连通。

2.根据权利要求1所述的高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统，其特征在于，所述活性炭罐的进口安装有多路阀，所述多路阀分别与紫外反应器、回流泵、第二流量计和出水管连通。

3.根据权利要求2所述的高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统，其特征在于，所述多路阀连通有排空管。

4.根据权利要求3所述的高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统，其特征在于，所述活性炭罐内部自上至下设置有活性炭滤料和卵石承托层。

5.根据权利要求3所述的高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统，其特征在于，所述过氧化氢加药桶由加药泵驱动。

6.根据权利要求1所述的高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统，其特征在于，所述混合器为静态管式混合器。

7.一种利用权利要求5所述的高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理系统进行污水处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的高级氧化联用微纳米气泡的给水深度处理处理方法，其特征在于，当系统在启动、间歇运行或低负荷运行时，多路阀启动回流模式，使一部分给水通过第二流量计流回离心泵的进水端。