CN111620486A

CN111620486A - 一种uv-led/o3联用处理环嗪酮农药废水的方法

Info

Publication number: CN111620486A
Application number: CN202010321501.5A
Authority: CN
Inventors: 高宝玉; 王杰; 王燕; 马德方; 许醒; 岳钦艳; 刘海豹; 姚广平
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2040-04-22
Also published as: CN111620486B

Abstract

本发明提供了一种UV‑LED/O₃联用处理环嗪酮农药废水的方法，该方法采用侧壁设置有UV‑LED灯的处理器进行，调整环嗪酮农药废水的pH，向环嗪酮农药废水中通入臭氧，臭氧的通气量控制在10‑50mL·min^‑1，开启UV‑LED灯，采用UV‑LED对废水进行照射，采用臭氧与UV‑LED同时对环嗪酮农药废水处理20‑70min，实现有机污染物的高效降解。本发明采用了臭氧(O₃)与紫外发光二极管(UV‑LED)联用工艺，UV‑LED波长在280nm处与臭氧联用可大大提高环嗪酮的去除效果，激发臭氧产生多种活性物质，氧化降解有机物。

Description

一种UV-LED/O3联用处理环嗪酮农药废水的方法

技术领域：

本发明涉及一种UV-LED/O₃联用处理环嗪酮农药废水的方法，属于农药废水高级氧化处理领域。

背景技术：

我国是世界上最早开始使用农药的国家之一，很多农药厂是严重的污染源，经常发生污染事故，农药厂周围地表水、地下水、土壤都受到严重污染，环境质量极差。我国农药“三废”污染治理已经迫在眉睫。据不完全统计，全国农药工业每年排放的废水约为15亿吨。其中已进行处理的仅占总量的7％，处理达标的仅占已处理的1％。农药的“三废”问题以废水最为严峻和突出。这些废水浓度高、色泽深、毒性大(废水中除含有农药和中间体外，还含有酚、砷、汞等有毒物质及许多生物难以降解的物质)、污染物浓度高(化学需氧量(COD)可达每升数万毫克)、污染物成分复杂难以生物降解。排入江河水体，不仅严重破坏水体生态，而且对人类的生存环境构成极大的威胁。切断水环境农药污染的来源，开发农药废水的有效降解技术已成为解决我国水环境污染问题的重要课题之一

目前，农药废水处理的方法主要有光催化法、电解法、高级氧化法、微电解+高级氧化法的组合工艺等；然而由于农药废水水质的特殊性，现有的技术的预处理方法通常存在以下几个方面的缺陷：1)预处理效果不理想，预处理时仅考虑到提高废水的可生化性，未考虑废水生物毒性的削减，高毒性废水的存在抑制后续生化系统中微生物的代谢活动，使微生物不能正常生存，对生化系统的处理效果产生极为不利的影响，进一步增加了生化系统处理的难度；2)预处理处理效果不稳定，常对生化系统造成冲击，生化系统处理单元难以稳定运行；3)农药废水的浓度较高，处理时需要消耗大量的药剂，进一步增加了运行成本；4)驯化时间长，调试难度大，处理效果差，难以达标排放。

臭氧氧化技术可使农药废水中的污染物氧化分解，常用于降低BOD、COD，脱色、除臭、除味，杀菌、杀藻，除铁、锰、氰、酚，但存在处理效果差和臭氧的利用率低等缺点。为达到良好的处理效果只能依靠大量地投加臭氧，结果是能耗高、运行费用高、基建投资大；而且产生的大量臭氧尾气需处理，增加了能耗。为提高处理效果，现有臭氧氧化技术一般和其他工艺结合，如中国专利文献CN103193365A公开了一种臭氧氧化—生物过滤氧化联合处理高浓度有机废水的方法及装置，是在由提升泵、臭氧发生器、臭氧反应罐、缓冲水箱、增压泵和生物过滤氧化反应器构成的联合系统内完成的，包括下述步骤：a.有机废水与臭氧同时进入臭氧反应罐内并充分混合，氧化分解有机污染物；b.利用在线臭氧监测装置、臭氧浓度预警系统以及溢流堰，控制臭氧反应罐中臭氧浓度及臭氧与废水接触时间；c.臭氧反应罐处理后的废水上行进入生物过滤氧化反应器；d.废水经过滤吸附后经出水口排出；该方法虽然臭氧利用率高，能根据水质变化在线调节臭氧投加量，但该方法只能处理没有毒性的废水，对毒性大，含有大量毒性较高的原料、中间体、代谢产物等、以及污染物多为持久性有机污染物的农药废水不适用。

发明内容：

针对现有废水处理技术在处理具有生物毒性和含盐量高的农药废水时存在的处理效果差和能耗高等问题，本发明提供一种UV-LED/O₃联用处理环嗪酮农药废水的方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种UV-LED/O₃联用处理环嗪酮农药废水的方法，该方法采用侧壁设置有UV-LED灯的处理器进行，步骤如下：

调整环嗪酮农药废水的pH，向环嗪酮农药废水中通入臭氧，臭氧的通气量控制在10-50mL·min^-1，开启UV-LED灯，采用UV-LED对废水进行照射，采用臭氧与UV-LED同时对环嗪酮农药废水处理20-70min，实现有机污染物的高效降解。

根据本发明优选的，UV-LED灯发出光的波长为250-310nm。

进一步优选的，UV-LED发出光的波长为260-280nm，最为优选的，UV-LED发出光的波长为280nm。

根据本发明优选的，臭氧的通气量控制在20-30mL·min^-1，最为优选的，臭氧的通气量控制在20mL·min^-1。

根据本发明优选的，废水的pH为9-10，最为优选的，废水的pH为10。

根据本发明优选的，采用盐酸与氢氧化钠调整废水的pH。

根据本发明优选的，对环嗪酮农药废水处理时间为60-70min，处理温度为室温。

根据本发明优选的，所述侧壁设置有UV-LED灯的处理器包括圆柱形反应器，圆柱形反应器的底部设置有曝气头，曝气头与臭氧发生器连接，反应器的上部设置有出水口和出气口，反应器的底部设置有进水口，在反应器的侧壁上设置有UV-LED灯。

根据本发明优选的，UV-LED灯设置为两个，在反应器的侧壁上呈120°辐射角度分布设置。

根据本发明优选的，其中一个UV-LED灯距离曝气头的距离为60-70mm，另外一个UV-LED灯距离曝气头的距离为130-140mm。

根据本发明优选的，反应器的底端设置有底座，底座中心设置有上下贯通的圆孔，曝气头固定在圆孔的上部，臭氧发生器的臭氧进气管穿入圆孔并与曝气头连通，底座通过法兰与反应器连接。

本发明的底座起到支撑反应器主体，便于臭氧由底部曝气的作用。

根据本发明优选的，所述的曝气头过滤精度为0.22μm，由纯度≥99.6899％的工业钛粉为主要原料，经高温高真空烧结而成。

曝气头的制备为常规技术。

本发明的技术特点及优点：

1、本发明的处理方法采用臭氧与UV-LED同时对环嗪酮农药废水处理，UV-LED取代现常用的传统紫外汞灯，两个UV-LED灯以120°辐射角度斜对侧照射废水，由反应器底部曝气，氧化有机物，使有机物开环、断链，UV-LED发出的光一方面频率高，使紫外光的能量更强，可以打开有机物分子价键，有效降解有机污染物，另一方面UV-LED催化O₃产生大量具有高氧化还原电位的羟基自由基以及单线态氧等(见图4、图5)，降解水中难以被臭氧直接氧化的有机物，从而彻底去除水中难降解的有机物。

2、本发明的处理方法具有较强的耐盐性，受盐度影响小，通过图7可以看出，在废水盐浓度达到100mmol/L时，仍然具有较高的去除效率。

3、本发明的处理方法处理过程中无额外盐类的加入，减轻后续工艺脱盐负担；采用UV-LED光源，具有无汞，坚固，紧凑，即开即闭，能耗低，可设置波长等优点，来代替传统紫外汞灯，避免其寿命短，含汞，易碎且尺寸过大等缺点，降低运行能耗，使得运行成本大大降低；本发明全程无需生物参与，可避免农药废水生物毒性的限制，且经本处理方式处理后可大大提高废水的可生化性，减弱生物毒性。

4、本发明的处理方法可以快速的对环嗪酮农药废水进行处理，较大地提升了废水处理的效率，实现有机污染物的高效降解，同时可以降低环嗪酮农药废水的处理成本，为高浓度有机废水的处理提供了一种新型高效的处理方法与设备。

附图说明

图1为侧壁设置有UV-LED灯的处理器的结构示意图；

图中，1、反应器，2、UV-LED灯，3、曝气头，4、进气管，5、出水口。

图2为不同UV-LED波长对臭氧氧化降解环嗪酮农药废水效果的影响效果图，环嗪酮浓度50mg·L^-1；

图3为不同臭氧量对臭氧氧化降解环嗪酮农药废水效果的影响效果图，环嗪酮浓度50mg·L^-1；

图4为不同UV-LED波长对处理工艺中单线态氧(a)和羟基自由基(b)产生量的影响效果图；

图5为UV-LED波长为280nm时，处理工艺中超氧自由基产生量的效果图；

图6为不同pH对臭氧氧化降解环嗪酮农药废水效果的影响效果图，环嗪酮浓度50

mg·L^-1；

图7为在不同盐度下，本发明的处理方法降解环嗪酮农药废水效果的效果图，环嗪酮浓度50mg·L^-1)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种侧壁设置有UV-LED灯的处理器包括圆柱形反应器，结构如图1所示，包括圆柱形反应器1，反应器的底部设置有曝气头3，曝气头3与臭氧发生器连接，反应器的上部设置有出水口5和出气口，反应器的底部设置有进水口，在反应器的侧壁上设置有UV-LED灯0，UV-LED灯设置为两个，在反应器的侧壁上呈120°辐射角度分布设置。其中一个UV-LED灯距离曝气头的距离为60mm，另外一个UV-LED灯距离曝气头的距离为135mm。

反应器的底端设置有底座，底座中心设置有上下贯通的圆孔，曝气头固定在圆孔的上部，臭氧发生器的臭氧进气管4穿入圆孔并与曝气头连通，底座通过法兰与反应器连接。所述的曝气头过滤精度为0.22μm，由纯度≥99.6899％的工业钛粉为主要原料，经高温高真空烧结而成。

实施例2

一种UV-LED/O₃联用处理环嗪酮农药废水的方法，该方法采用实施例1所述的处理器进行，步骤如下：

调整环嗪酮农药废水的pH为10，向环嗪酮农药废水中通入臭氧，臭氧的通气量控制在20mL·min^-1，开启UV-LED灯，UV-LED发出光的波长为280nm，采用UV-LED对废水进行照射，采用臭氧与UV-LED同时对环嗪酮农药废水处理20-70min，实现有机污染物的高效降解。

应用实验例：

采用实施例2的方法对环嗪酮浓度为50mg·L^-1的模拟农药废水进行处理。

实验例1

改变实施例2处理方法UV-LED的波长，不同UV-LED波长对臭氧氧化降解环嗪酮农药废水效果如图2所示。

实验例2

改变实施例2处理方法的臭氧量，不同臭氧量对降解环嗪酮农药废水效果如图3所示。

实验例3

改变实施例2处理方法的pH，不同pH对臭氧氧化降解环嗪酮农药废水效果如图6所示。

通过实验例1-实验例3可以看出，在280nm处，UV-LED/O₃工艺70min时去除率达95％；且在pH＝10时，环嗪酮去除率在20min即可达到100％。

实验例4

测试本发明处理方法中羟基自由基以及单线态氧，结果如图4、图5所示，说明本发明的方法UV-LED光解O₃产生大量具有高氧化还原电位的羟基自由基以及单线态氧。

实验例5

向模拟废水中添加钠盐，在添加不同种类以及不同浓度钠盐条件下，UVLED(280nm)/O₃工艺70min对环嗪酮的去除率仍在60％以上，说明盐度对此工艺影响较小，结果如图7所示。

Claims

1.一种UV-LED/O₃联用处理环嗪酮农药废水的方法，该方法采用侧壁设置有UV-LED灯的处理器进行，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，UV-LED灯发出光的波长为250-310nm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，UV-LED发出光的波长为260-280nm，最为优选的，UV-LED发出光的波长为280nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，臭氧的通气量控制在20-30mL·min^-1，最为优选的，臭氧的通气量控制在20mL·min^-1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，废水的pH为9-10，最为优选的，废水的pH为10。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对环嗪酮农药废水处理时间为60-70min，处理温度为室温。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述侧壁设置有UV-LED灯的处理器包括圆柱形反应器，圆柱形反应器的底部设置有曝气头，曝气头与臭氧发生器连接，反应器的上部设置有出水口和出气口，反应器的底部设置有进水口，在反应器的侧壁上设置有UV-LED灯。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，UV-LED灯设置为两个，在反应器的侧壁上呈120°辐射角度分布设置。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中一个UV-LED灯距离曝气头的距离为60-70mm，另外一个UV-LED灯距离曝气头的距离为130-140mm。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，反应器的底端设置有底座，底座中心设置有上下贯通的圆孔，曝气头固定在圆孔的上部，臭氧发生器的臭氧进气管穿入圆孔并与曝气头连通，底座通过法兰与反应器连接，所述的曝气头过滤精度为0.22μm，由纯度≥99.6899％的工业钛粉为主要原料，经高温高真空烧结而成。