CN1477063A - 超滤-射流补臭氧-紫外二次激发产生自由基净化微污染水源水的技术和工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用超滤串联射流补臭氧－紫外二次激发产生自由基来净化微污染水源水的技术和工艺。该技术和工艺包括，采用高通量膜的超滤装置和串联的253.8nm中心波长的宽波段UV灯为主要功能部件的辐照激发消毒降污染装置。高能的UV光照射灯管外壁与石英冷阱内壁间的空气，在线产生一定量臭氧，通过装置入口处的水射器的射流补气作用将此气体抽吸入水中。紫外灯发出的C波段的紫外光辐照通过的水流，进行紫外灭菌消毒，同时二次激发水中的溶解氧和臭氧成分，生成具有强氧化性的含氧自由基，形成增效的协同净水作用。本发明的技术和工艺可迅速有效去除水中胶体、悬浮物，杀死各种病原体并降解包括死亡微生物残体在内的有机微污染物。
Description
本发明公开了一种超滤—射流补臭氧—紫外二次激发产生高效自由基的净化微污染水源水的技术和工艺。该技术的工艺包括，高分子膜通量的超滤装置和串联接续的以253.8nm中心波长的宽波段UV灯为主要功能部件的辐照激发消毒降污染装置。本发明的技术装置和工艺利用超滤作用和集成的紫外—臭氧—激发自由基氧化净水作用和协同效应，可迅速有效去除水中胶体、悬浮物和溶解性有机污染物质，具有极好的水质净化效果。
目前饮用水水源污染日趋恶化，许多水源水都受到一定的溶解性有机物污染。在常规的水处理工艺处理过程中，由于主要以卤素系列消毒剂为主要消毒措施，产生多种消毒副产物或其它三致物质。这两方面的原因导致饮用水的水质持续恶化并已受到广泛关注。常规的水厂处理工艺对源水中复杂的有机污染的去除能力相当有限，远不能满足健康饮用水水质需求。UV-O3工艺具有高效净水功能，但现有的UV-O3工艺复杂，初期投资及运行费用很高。特别对于多数装置，除需要UV光源外，还需要配备臭氧发生器，设备复杂，在应用上受到了一定的限制。对于水源水来说，由于不同的水源水质也很复杂，因此往往不能直接使用UV-O3工艺来制取饮用水，需要其它的配套工艺。
高分子膜超滤技术是近年来不断成熟的一种高效的物理法的净水技术，用于水源水消毒、净化的前置处理具有较好效果。UV光的杀菌消毒功能也相当可靠，近年来光化学激发生成强氧化性自由基来降解水中微污染的技术正在受到不断关注。本发明的目的是：在优化设计的装置和工艺中，利用超滤、UV光解、臭氧氧化、紫外消毒、UV二次激发产生氧化性自由基降解污染物等多种净水效应协同，迅速有效去除水中胶体、悬浮物和溶解性有机污染物质，杀灭病原体，取得安全净水之效果。
本发明的技术原理是：在线臭氧-UV光氧化灭菌单元为一个中空腔，内有柱状紫外灯管。系统采用专用产生C频段(C-band，253.7nm为中心)的紫外灯照射足够长时间，可去除对人体有害的细菌和病毒，利用本段紫外线破坏微生物的脱氧核糖核酸DNA链，从而抑制其繁殖，杀菌效率可达99.9％以上。同时，高能量的短波长UV线对有机物具有一定的光解作用，使有机污染得到部分的降解。臭氧分子具有较高的氧化电位，能够氧化分解溶液中的多种有机物。本系统的在线臭氧采用光辐射激发的原理产生，高能的UV辐射照射到灯管外壁与石英冷阱内壁之间的流动空气，在线产生一定量的臭氧，并通过装置入口处的水射器的射流补气作用将此气体抽吸入水中。经测试出水中溶解臭氧30分钟内的平均含量可达0.3～0.5mg/L。臭氧消毒可弥补UV消毒的不足之处，能够保证一定的消毒持续性，防止细菌再生，而且臭氧与UV的消毒发生协同作用，能较大地提高消毒效率。253.8nm波长的紫外灯发出的C波段的紫外光辐照通过的水流，在进行紫外灭菌消毒的同时，二次激发水中的溶解氧和臭氧，生成具有强氧化性的多种自由基，如羟基自由基等，形成增效的紫外光和臭氧的协同净水作用，直接降解包括死亡微生物残体在内的水中微污染物。由于自由基的产生需要光激发条件和活性氧供给才能维持，而且自由基的寿命短(毫秒级以下)，因此当水流出反应装置后自由基即快速自行彻底分解，不会残留在水中。
本发明的方法是：在超滤单元之后，串联以253.8nm中心波长的宽波段的UV灯为核心部件的消毒装置。UV灯照射灯管外壁与石英冷阱内壁之间的流动空气从而在线产生一定量的臭氧，并通过装置入口处的水射器将此臭氧与空气的混合气体抽吸入水中；同时，253.8nm波长的紫外灯发出的C波段的紫外光辐照此装置中的水流，形成UV光解、臭氧氧化、紫外消毒、UV辐射二次激发水中溶解氧和臭氧成分产生氧化性自由基来降解污染物等多种净水效应的协同作用，杀死水中的各种病原体并可降解包括死亡微生物残体在内的水中微污染物，达到安全净水之目的。采用超滤膜过滤来去除非溶解性杂质，同时通过臭氧、UV以及氧化性自由基的协同作用同步进行饮水消毒和微量溶解性杂质的降解去除，并不需额外添加化学药剂和鼓入空气。本系统中采用高性能电磁器件，其工作状态由可编程程序控制器控制，日常的运行、清洗均自动启动和完成，无须人员监控。
本发明的超滤—射流补臭氧—紫外二次激发产生自由基的技术装置的构造如附图1所示。在反应器的中央放置有以254nm中心波长的宽波段紫外灯(7)，之外放置石英管(6)，之外是圆筒形的不锈钢或工程塑料材质的筒体(5)。紫外灯(7)和石英管(6)以半环形胶圈(8)和环形密封胶圈(12)相互固定，保持上端必要的透气性和下端必要的密封性。石英管(6)和筒体(5)之间通过法兰(9)压紧密封。在石英管(6)底端筒体(5)以下、环形密封胶圈(12)以上部位开有气流引出管(13)，经气体阀门(3)连到水射器(1)。筒体(5)上下端各有进水管(4)、进水阀门(2)和出水管(11)、出水阀门(10)。
本发明的系统流程图如附图2所示。本发明的工艺的操作过程如下。制水过程：进水经电磁阀(12)进入超滤装置(14)，经膜过滤后净水经电磁阀进入在线臭氧发生-UV消毒单元装置(19)，之后由阀门(20)进入净水储箱，完成制水过程。此过程中电磁阀(13)和(17)为常闭状态，(12)和(15)为常开状态。
反冲洗过程：反冲洗水由净水储箱经反冲洗泵(18)、电磁阀(17)进入超滤装置(14)，之后经电磁阀(13)排入排水沟，完成反洗过程。此过程中制水的常闭电磁阀(13)和(17)为打开，常开电磁阀(12)和(15)关闭。
制水和反冲洗过程均由可编程逻辑控制器自动控制，可以制水时间或出水水质信号变化为控制条件。
本发明的特点如下：1、系统的净水、灭菌效果可靠，对于达到2级地表水源水标准以上的待处理水，出水可达零浊度和细菌检不出水平，各项指标完全符合国家饮用水标准(GB5794-85)，而且没有二次污染；2、采用的高能紫外灯管的照射强度高，相当于常用紫外灯的4倍，照射腔过流均匀，确保最大流量时达到最大额定紫外线强度；使用“快速启动”稳流器，断电来电后可自动再启动；3、设备结构合理，占地少，安装、维护方便；整个装置操作简单，设备自动化程度高，运行期间不需专人看管，安装调试后，系统按预先设置好的参数要求自动完成制水、反洗等工作；4、系统不需额外添加药剂和鼓入空气，节能省电，生产成本低；因出水含有一定的臭氧，所以可以保证处理后的水放置、停留一段时间后仍水质良好。
本系统工艺适用于各种中小型饮用水净化系统，尤其在末端用水的水质保证与维持方面具有显著优势。
附图说明：
图1是本发明的在线发生臭氧-UV单元技术装置的示意图
图2是应用本发明技术的系统工艺的流程图
实施例：
实施例1利用脱氯处理后的自来水和取自某小区的生活污水按生活污水：自来水＝1∶50配制成待处理水，其中含细菌总数23000个/mL，大肠杆菌24000个/L，高锰酸钾指数3.369，总有机碳(TOC)2.146mg/L，用超滤—紫外—射流补臭氧—二次激发产生自由基技术的装置在下述条件下进行净化处理：
处理方式：进水一次性通过处理；
被处理水流量：300L/h；
紫外灯管：功率30W，波长253.7nm。
处理后水质如表1所示。
表1 实施例1处理前后水质指标对比
| 检测指标 | 处理前 | 处理后 | 去除率％ |
| 细菌总数(个/毫升) | 23000 | 0 | 100 |
| 大肠杆菌数(个/升) | ＞24000 | 0 | 100 |
| 高锰酸钾指数 | 3.369 | 1.959 | 41.85 |
| TOC | 2.146 | 1.520 | 29.2 |
| 臭氧含量(水中)(mg/L) | 0 | 0.554 |
实施例2利用脱氯处理后的自来水和取自某小区的生活污水按生活污水：自来水＝1∶100配制成待处理水，其中含细菌总数14000个/mL，大肠杆菌24000个/L，高锰酸钾指数2.829mg/L，总有机碳(TOC)2.027mg/L，用超滤—紫外—射流补臭氧—二次激发产生自由基技术的装置在下述条件下进行净化处理：
处理方式：进水一次性通过处理；
被处理水流量：600L/h；
紫外灯管：功率30W，波长253.7nm。
处理后水质如表2所示。
表2 实施例2处理前后水质指标对比
| 检测指标 | 处理前 | 处理后 | 去除率％ |
| 细菌总数(个/毫升) | 14000 | 0 | 100 |
| 大肠杆菌数(个/升) | ＞24000 | 0 | 100 |
| 高锰酸钾指数 | 2.829 | 1.732 | 38.78 |
| TOC | 2.027 | 1.57 | 22.54 |
| 臭氧含量(水中)(mg/L) | 0 | 0.698 |
实施例3取某电厂生活饮用源水(取自某水库)，添加含菌水配成待处理源水，其中含细菌总数25700个/mL，大肠杆菌23000个/L，高锰酸钾指数3.68mg/L，用超滤-在线发生臭氧-UV单元技术装置在下述条件下进行净化处理：
处理方式：进水一次性通过处理；
被处理水流量：2t/h；
紫外灯管：功率30W×2支，波长253.7nm。
处理后水质如表3所示。
表3 实施例3处理前后水质(参考GB5794-85水质指标)
| 检测指标 | 处理前 | 处理后 | 国家标准 | 去除率(％) |
| 细菌总数(个/毫升) | 25700 | 0 | 100 | 100 |
| 大肠杆菌数(个/升) | 23000 | 0 | 3 | 100 |
| 色(度) | 5 | ＜5 | 15 | |
| 浑浊度(NTU) | 2 | 0 | 3 | 100 |
| 臭和味 | 0 | 0 | 不得含有 | |
| 肉眼可见物 | 不含有 | 不含有 | 不得含有 | |
| PH值 | 6.8 | 6.7 | 6.5-8.5 | |
| 总硬度(mg/L) | 110 | 113 | 450 | |
| 铁(mg/L) | ＜0.05 | ＜0.05 | 0.3 | |
| 锰(mg/L) | ＜0.05 | ＜0.05 | 0.1 | |
| 铜(mg/L) | ＜0.02 | ＜0.02 | 1.0 | |
| 硫酸盐(mg/L) | 42 | 48 | 250 | |
| 氯化物(mg/L) | 27 | 28 | 250 | |
| 溶解性总固体(mg/L) | 326 | 450 | 1000 | |
| 氟化物(mg/L) | 0.2 | 0.2 | 1.0 | |
| 氰化物(mg/L) | ＜0.002 | ＜0.002 | 0.05 | |
| 砷(mg/L) | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.05 | |
| 汞(mg/L) | ＜0.001 | ＜0.001 | 0.001 | |
| 镉(mg/L) | ＜0.001 | ＜0.001 | 0.01 | |
| 铬(六价)(mg/L) | ＜0.004 | ＜0.004 | 0.05 | |
| 铅(mg/L) | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.05 | |
| 硝酸盐(mg/L) | 1.34 | 1.37 | 20 | |
| 高锰酸钾指数(mg/L) | 3.68 | 1.62 | 3 | 55.98 |
| 臭氧含量(水中)(mg/L) | 0 | 0.48 |
Claims (5)
1.一种超滤—射流补臭氧—紫外二次激发产生自由基的净化微污染水源水的技术和工艺，包括采用高分子量通量膜的超滤装置和串联的以253.8nm波长中心的宽波段UV灯为主要功能部件的射流补臭氧—紫外辐照激发消毒降污染装置。
2.按照权利要求1所述的技术工艺，其特征在于，它包括顺序相连的超滤装置和射流补臭氧—紫外辐照激发消毒降污染装置；制水时进水经电磁阀12进入超滤装置14，经膜过滤后净水经电磁阀进入辐照激发-UV消毒单元装置19，之后由阀门20进入净水储箱，完成制水过程，此过程中电磁阀13和17为常闭状态，12和15为常开状态；反冲洗时反冲洗水由净水储箱经反冲洗泵18、电磁阀17进入超滤装置14，之后经电磁阀13排入排水沟，完成反洗过程，此过程中电磁阀13和17打开，电磁阀12和15关闭。
3.按照权利要求2所述的辐照激发-UV消毒单元装置，其特征在于，它包括在反应器的中央放置有254nm中心的宽波段紫外灯(7)，之外放置石英管(6)，之外是圆筒形的不锈钢或工程塑料材质的筒体(5)；紫外灯(7)和石英管(6)以半环形胶圈(8)和环形密封胶圈(12)相互固定以保持上端必要的透气性和下端必要的密封性；石英管(6)和筒体(5)之间通过法兰(9)压紧密封。在石英管(6)底端筒体(5)以下、环形密封胶圈(12)以上部位开有气流引出管(13)，经气体阀门(3)连到水射器(1)；筒体(5)上下端各有进水管(4)、进水阀门(2)和出水管(11)、出水阀门(10)。
4.按照权利要求3所述的辐照激发-UV消毒单元装置，其中，仅使用一支253.8nm的紫外灯对射流补气进行在线发生臭氧，并二次激发水中的溶解氧和臭氧成分产生羟基自由基以及与UV辐照联用来净化水源水。
5.按照权利要求2所述的技术工艺装置，其特征在于可以采用可编程逻辑控制器控制整套工艺系统，自动控制进水、出水、反洗以及故障监控报警。
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| CNA021289034A CN1477063A (zh) | 2002-08-21 | 2002-08-21 | 超滤-射流补臭氧-紫外二次激发产生自由基净化微污染水源水的技术和工艺 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104787930A (zh) * | 2015-04-23 | 2015-07-22 | 河海大学 | 集化学氧化、过滤、吸附于一体的净水器及其净水工艺 |
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-
2002
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