CN112811683A - 一种uv/o3联用处理高盐高浓度活性翠兰纺织废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种UV/O3联用处理高盐高浓度活性翠兰纺织废水的方法，该方法采用中心设置有UV灯的处理器进行，向活性翠兰K‑GL纺织废水中通入臭氧，臭氧的通气量控制在0.5‑3L·min‑1，开启UV灯，采用UV对废水进行照射，预热4‑6min，采用臭氧与UV同时对活性翠兰K‑GL纺织废水处理32‑56min，实现有机污染物的高效降解，本发明采用了臭氧(O3)与紫外灯(UV)联用工艺，UV功率在40W处与臭氧联用可大大提高活性翠兰K‑GL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
技术领域：
本发明涉及一种UV/O3联用处理高盐高浓度活性翠兰纺织废水的方法，属于纺织废水高级氧化处理领域。
背景技术：
纺织印染行业是用水量大、废水排放较多的工业部门之一。据统计，我国纺织企业每天排放的废水量达300万～400万吨。纺织废水主要具有以下特点：(1)水量大：废水的污染以有机污染为主；(2)污染物浓度高：废水中的污染物主要是第二类有害物质；(3)绝大部分呈碱性，色度较高；(4)水质变化较大，一般的废水处理设施难以达到较高的排放标准。
纺织加工产生的废水中含有各种污染物，如果该废水不加处理直接向江河湖海排放，将会对自然环境造成严重的污染，也会对人类的生存带来以下严重的威胁。
(1)对天然水体的污染
当纺织废水排入天然水体后，其中所含大量有机物在好氧微生物作用下，会迅速消耗水体中的溶解氧。沉积在河底的有机物，因缺氧在厌氧微生物作用下，进行厌氧分解，释放出的硫化氢又进一步消耗水体中的溶解氧，造成水体中溶解氧浓度的大幅度下降，严重时将威胁水生生物的生存。此外，纺织废水中还存在一定量的漂白剂，其中的游离氯可能破坏或降低河流的自净能力。某些重金属还会在很长的河段上，危害水生动植物的生长。带有染料的纺织废水能使河水着色，降低河水的透明度，从而减慢水生植物的同化速度，间接地妨碍鱼类的生长，同时也大大降低了人类对水体的利用率。
(2)对农田的污染
用纺织废水灌溉农田，由于碱性大，会引起土壤盐碱化。废水中的悬浮物将堵塞土壤的孔隙，阻碍农作物根系的吸呼，影响作物的生长。农作物和土壤微生物最适生长温度为20～25℃，但有时废水的温度可高达30～40℃，因此也将会对作物和土壤微生物产生不良影响。废水中的有毒物质含量虽然很少，对人畜和作物虽无直接危害，但它们会在农作物的根茎和果实中不断积累。此外，还会对地下水造成污染。
(3)对城市污水处理的影响
一般的纺织废水可以直接排入城市下水道，随城市污水一并进入城市污水处理厂进行统一处理。但对含有浓度较高的退浆废水，含有苯胺或硫化染料的废水，必须控制其浓度，否则，不利于污水厂的生化处理。含有硫化染料的废水，对混凝土管道有腐蚀作用，酸碱废水对城市地下排水管道也有一定的腐蚀作用。
(4)对人体健康的影响
废水中的各种污染物或多或少会影响人体健康。重金属如汞、镉、铅、锌，铬和铜等离子，与硫形成硫化物后，易发生价态的变化。当它们进入人体后，与人体组织中某些酶的活性中心上的巯基(—SH)有很强的亲合力，结合后会抑制酶的活性。
因此，开发纺织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，纺织废水处理的方法主要有混凝法、吸附法、高级氧化法、好氧/厌氧生物处理法等；然而由于纺织废水水质的特殊性，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)纺织废水的浓度较高，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。因此常采用高级氧化法处理高含盐高浓度有机物含量的纺织废水，常用的高级氧化工艺是芬顿氧化技术，产生大量的自由基氧化降解有机物，但此类废水中的盐类是自由基的猝灭剂，会抑制其处理效果，而且芬顿氧化会引入大量的铁盐以及铁泥，对后续的污泥处理与莫处理工艺造成极大负担，因此本发明采用臭氧氧化工艺。
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会添加催化剂或与其他工艺结合，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纺织废水不适用。
发明内容：
针对现有废水处理技术在处理具有高含盐，高浓度有机物和生物毒性的纺织废水时存在的处理效果差等问题，本发明提供一种UV/O3联用处理高盐高浓度活性翠兰纺织废水的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种UV/O3联用处理高盐高浓度活性翠兰纺织废水的方法，该方法采用中心设置有UV灯的柱状处理器进行，步骤如下：
向活性翠兰K-GL纺织废水中通入臭氧，臭氧的通气量控制在0.5-3L·min-1，开启UV灯，采用UV对废水进行照射，预热4-6min，采用臭氧与UV同时对活性翠兰K-GL纺织废水处理32-56min，实现有机污染物的高效降解。
根据本发明优选的，UV灯发出光的波长为250-260nm，UV灯功率为40-80W，最为优选的，UV灯功率为40W。
根据本发明优选的，UV灯为防水UV灯，长度为80-100cm，UV灯直径为1-3cm。
根据本发明优选的，臭氧的通气量控制在0.5-1.5L·min-1，最为优选的，臭氧的通气量控制在0.5-1.0L·min-1。
根据本发明优选的，废水的pH为4-10，进一步优选的，废水的pH为7-10，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，对活性翠兰K-GL纺织废水处理时间为40-56min，处理温度为室温。
根据本发明优选的，所述中心设置有UV灯的柱状处理器包括圆柱形反应器，圆柱形反应器的底部设置有微孔曝气头，曝气头与外部的臭氧发生器连接，反应器的上部设置有出水口和出气口，下部设置有进水口，在反应器的中心设置有UV灯。
根据本发明优选的，UV灯设置为一个，在反应器的中心呈360°辐射角度设置。
根据本发明优选的，UV灯的底端距离曝气头的距离为6-10cm。
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同时对活性翠兰K-GL纺织废水处理，UV灯再反应器中心以360°辐射角度照射废水，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催化O3产生大量具有高氧化还原电位单线态氧等(见图4)，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、本发明的处理方法不仅可抵抗盐类的抑制作用，而且NaCl能促进活性翠兰K-GL的脱色速率，通过图3可以看出，在废水盐浓度达到100g/L时，脱色一级反应速率常数是无盐时的2.275倍。
3、本发明的处理方法处理过程中无需额外盐类的加入，减轻后续工艺脱盐负担；采用UV灯，降低运行能耗，使得运行成本降低；本发明全程无需生物参与，可避免高含盐纺织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活性翠兰K-GL纺织废水进行处理，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，同时可以降低活性翠兰K-GL纺织废水的处理成本，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为中心设置有UV灯处理器的结构示意图；
图中，1、反应器，2、UV灯，3、曝气头，4、进气管，5、出水口。
图2为不同曝气量对单独臭氧氧化降解活性翠兰K-GL纺织废水效果的影响效果图，活性翠兰K-GL浓度500mg·L-1；
图3为NaCl浓度对单独臭氧氧化降解活性翠兰K-GL纺织废水效果的影响效果图，活性翠兰K-GL浓度500mg·L-1；
图4为盐度对单独臭氧处理工艺中羟基自由基(a)和单线态氧(b)产生量的影响效果图；
图5为不同UV功率对臭氧氧化降解活性翠兰K-GL纺织废水效果的影响效果图，活性翠兰K-GL浓度500mg·L-1；
图6为UV功率为40W时，不同NaCl浓度下UV激发臭氧氧化降解活性翠兰K-GL纺织废水效果的影响效果图，活性翠兰K-GL浓度500mg·L-1；
图7为不同pH对UV/O3氧化降解活性翠兰K-GL纺织废水效果的影响效果图，活性翠兰K-GL浓度500mg·L-1，NaCl浓度30g·L-1，UV＝40W；
图8为在不同pH及盐度下，处理过程中臭氧传质速率、自分解速率、饱和臭氧浓度柱状图。
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
一种中心设置有UV灯的柱状处理器，结构如图1所示，包括圆柱形反应器1，圆柱形反应器1的底部设置有微孔曝气头3，曝气头3与外部的臭氧发生器连接，反应器的上部设置有出水口和出气口5，下部设置有进水口(图中未示出)，在反应器的中心设置有UV灯2。
UV灯2设置为一个，在反应器的中心呈360°辐射角度设置，UV灯2的底端距离曝气头3的距离为7cm。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/O3联用处理高盐高浓度活性翠兰纺织废水的方法，该方法采用实施例1所述的处理器进行，步骤如下：
调整活性翠兰K-GL纺织废水的pH为10，向活性翠兰K-GL纺织废水中通入臭氧，臭氧的通气量控制在500mL·min-1，开启UV灯预热5min，UV发出光的波长为254nm，采用UV灯对废水进行照射，采用臭氧与UV同时对活性翠兰K-GL纺织废水处理56min，实现有机污染物的高效降解。
应用实验例：
采用实施例2的方法对活性翠兰K-GL浓度为500mg·L-1的模拟纺织废水进行处理。
实验例1
改变实施例2处理方法臭氧的气量，不同臭氧气量对臭氧氧化降解活性翠兰K-GL纺织废水效果如图2所示。
实验例2
改变实施例2处理方法的模拟盐(NaCl)含量，不同盐含量背景下臭氧降解活性翠兰K-GL纺织废水效果如图3所示。
实验例3
改变实施例2处理方法的pH，不同pH对30g·L-1NaCl背景下，UV/O3氧化降解活性翠兰K-GL纺织废水效果如图7所示。
通过实验例1-实验例3可以看出，UV/O3工艺56min时TOC去除率为25％；但在pH＝10时，活性翠兰K-GL去除率可达到50％。
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所示，说明本发明的方法UV光解O3产生大量具有高氧化还原电位的单线态氧。
实验例5
不同功率UV灯光解O3，在UV功率为40W时，脱色与矿化效果最好，结果如图5所示。
实验例6
40W的UV灯光解O3降解活性翠兰K-GL模拟纺织废水，含盐与否，UV均促进其脱色，不含盐时，UV促进其矿化，含盐时(5，30g·L-1)，UV抑制废水的矿化，结果如图6所示。
实验例7
对于单独臭氧氧化，对于不同含盐背景下(0，30g·L-1)，饱和臭氧浓度随水体pH的增大而减小，臭氧自分解速率、传质速率随pH的增大而增大；盐的存在可促进臭氧的自分解与传质速率，结果如图8所示。
Claims (10)
1.一种UV/O3联用处理高盐高浓度活性翠兰纺织废水的方法，该方法采用中心设置有UV灯的柱状处理器进行，步骤如下：
向活性翠兰K-GL纺织废水中通入臭氧，臭氧的通气量控制在0.5-3L·min-1，开启UV灯，采用UV对废水进行照射，预热4-6min，采用臭氧与UV同时对活性翠兰K-GL纺织废水处理32-56min，实现有机污染物的高效降解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，UV灯发出光的波长为250-260nm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，UV灯功率为40-80W，最为优选的，UV灯功率为40W，UV灯为防水UV灯，长度为80-100cm，UV灯直径为1-3cm。
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0.5-1.5L·min-1。
5.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0.5-1.0L·min-1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，废水的pH为4-10，进一步优选的，废水的pH为7-10，最为优选的，废水的pH为10。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用盐酸与氢氧化钠调整废水的pH。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对活性翠兰K-GL纺织废水处理时间为40-56min，处理温度为室温。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中心设置有UV灯的柱状处理器包括圆柱形反应器，圆柱形反应器的底部设置有微孔曝气头，曝气头与外部的臭氧发生器连接，反应器的上部设置有出水口和出气口，下部设置有进水口，在反应器的中心设置有UV灯。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，UV灯设置为一个，在反应器的中心呈360°辐射角度设置，UV灯的底端距离曝气头的距离为6-10cm，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。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JIE WANG ETAL.: ""Degradation of organic pollutants by ultraviolet/ozone in high salinity condition: Non-radical pathway dominated by singlet oxygen"", 《CHEMOSPHERE》 * |
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