CN210030110U - 一种高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高强紫外光‑双氧水去除水体中藻毒素的装置，包括纤维过滤系统、光催化降解反应器、加药系统及高强紫外光系统；纤维过滤系统通过进水管道与光催化降解反应器连接，用于截留、吸附和过滤原水中的悬浮颗粒物，并通过进水管道使滤后水进入光催化降解反应器；加药系统与光催化降解反应器连接，用于向光催化降解反应器投加过氧化氢与滤后水进行催化氧化反应；高强紫外光系统设于光催化降解反应器上方，用于产生高强紫外光对光催化降解反应器内的滤后水进行辐射，以在催化氧化反应中使藻毒素彻底氧化降解，并降低藻毒素毒性。本实用新型能够提高反应速率，改善对微污染水源中藻毒素去除的效率，可作为一种给水工艺中的应急技术方法。
Description
技术领域
本实用新型属于水处理技术领域，尤其涉及一种高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置。
背景技术
随着全球水体富营养化，多个国家和地区水源地陆续出现蓝藻水华现象。蓝藻水华大面积爆发，蓝藻细胞正常的生理代谢过程会产生大量藻毒素。蓝藻毒素因其自身的化学特性，通过损坏染色体等极力，具有致畸致癌等潜在危害。藻类所产生藻毒素种类繁多，微囊藻毒素、球藻毒素、类毒素-a、脂多糖和类毒素-a(S)等，其中微囊藻毒素(microcystins，以下简称MC)占比最大，且危害最严重，它可分泌毒性很强的肝毒素和神经毒素，并且水体中微囊毒素与蓝藻的变化规律呈正相关。MC是一组环状七肽物质，结构稳定，能抵抗极端pH值和 300℃高温，难以在自然环境中降解。
目前，藻毒素的去除方法主要包括：物理过滤及吸附，化学混凝沉淀，生物降解和光降解及催化氧化。其中，物理法主要通过吸附、截留和过滤达到去除效果，但普通滤池及滤料对藻毒素去除效果不理想，而微滤、超滤、纳滤及反渗透技术虽对藻毒素去除效果显著，但膜技术运行成本过高，技术推广难度大。化学法主要通过投加石灰、明矾等混凝剂沉淀去除藻毒素，但去除率仅20％左右，去除效果不理想。生物法主要通过微生物的代谢降解去除藻毒素，虽成本低廉，但生物降解过程十分缓慢，大约14d左右才开始逐步降解。高级氧化技术主要通过采用液氯、二氧化氯或臭氧等氧化剂氧化降解去除藻毒素，该方法虽可氧化降解藻毒素，但要达到高效去除藻毒素目的，则需要投加较大剂量氧化剂，容易产生消毒副产物，严重影响出水水质。光降解及光催化技术可高效打断藻毒素分子中的共轭双键，有效降低藻毒素的毒性，并使有机物彻底氧化为水和二氧化碳等小分子无机物，不产生二次污染物。
UV/H2O2工艺是一种典型的光催化降解工艺，该工艺主要是过氧化氢分子在紫外光光源辐射下，吸收光能发生能级跃迁，过氧化氢分子中的O-O键发生断裂分解为两个羟基自由基分子，随后羟基自由基与有机物相互作用，并使有机物分解。然而，与Fenton、光Fenton等投加催化剂的高级氧化反应相比，常规的UV/H2O2工艺对于化学性质稳定的有机物降解效果不佳，存在反应速率低，水力停留时间长等问题，针对大面积水华爆发时，效果不显著。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，将高强度紫外光(光子通量为3.13×10-6einstein·cm-2·s-1，比传统高级氧化工艺中使用的紫外光强度高两个数量级以上)与传统的UV/H2O2高级氧化技术相结合，充分利用高强紫外光能量密度高的优势，增加羟基自由基的生成速率，提高反应速率，改善对微污染水源中藻毒素的去除效率，作为一种给水工艺中的应急技术方法。
本实用新型提供了一种高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，包括纤维过滤系统、光催化降解反应器、加药系统及高强紫外光系统；
纤维过滤系统通过进水管道与光催化降解反应器连接，用于截留、吸附和过滤原水中的悬浮颗粒物，并通过进水管道使滤后水进入光催化降解反应器；
加药系统与光催化降解反应器连接，用于向光催化降解反应器投加过氧化氢与滤后水进行催化氧化反应；
高强紫外光系统设于光催化降解反应器上方，用于产生高强紫外光对光催化降解反应器内的滤后水进行辐射，以在催化氧化反应中使藻毒素彻底氧化降解，并降低藻毒素毒性。
进一步地，纤维过滤系统为柱状滤池，滤池内填充有纤维滤料。
进一步地，进水管道设有进水泵及流量计。
进一步地，光催化降解反应器设有潜水泵搅拌系统。
进一步地，加药系统包括过氧化氢存储罐、计量泵和加药管道，过氧化氢存储罐通过计量泵与加药管道连接，用于通过计量泵获取过氧化氢浓度最佳投加比，经加药管道进入光催化降解反应器。
进一步地，高强紫外光系统包括高压紫外汞灯、石英反应罩、滤光片和光筛，高压紫外汞灯设于石英反应罩内，石英反应罩的开口处沿紫外光射出方向依次设有滤光片及光筛；高压紫外汞灯用于发射高强紫外光，石英反应罩用于汇聚高强紫外光，滤光片用于过滤高强紫外光中的红外及大部分可见光，光筛用于控制高强紫外光的辐射强度。
进一步地，光筛孔径和密度大小与高强紫外光辐射强度大小相适应。
进一步地，高压紫外汞灯的形状为球形，石英反应罩的形状为椭圆形。
借由上述方案，通过高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，能够提高反应速率，改善对微污染水源中藻毒素的效率，可作为一种给水工艺中的应急技术方法。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本实用新型高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置的结构示意图。
图中标号：
1-纤维过滤系统；2-光催化降解反应器；3-加药系统；41-高压紫外汞灯；42- 石英反应罩；43-滤光片；44-光筛。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
参图1所示，本实施例提供了一种高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，包括纤维过滤系统1、光催化降解反应器2、加药系统3及高强紫外光系统；
纤维过滤系统1通过进水管道与光催化降解反应器2连接，用于截留、吸附和过滤原水中的悬浮颗粒物，并通过进水管道使滤后水进入光催化降解反应器2；
加药系统3与光催化降解反应器2连接，用于向光催化降解反应器2投加过氧化氢与滤后水进行催化氧化反应；
高强紫外光系统设于光催化降解反应器2上方，用于产生高强紫外光(光子通量为3.13×10-6einstein·cm-2·s-1)对光催化降解反应器2内的滤后水进行辐射，以在催化氧化反应中使藻毒素彻底氧化降解，并降低藻毒素毒性。
在本实施例中，纤维过滤系统1为柱状滤池，滤池内填充有纤维滤料，用于截留、吸附和过滤原水中的悬浮颗粒物，降低原水中的浊度，保障后续的紫外光穿透效率。对该纤维过滤系统定期进行反冲洗，并定期更换纤维填充物。
在本实施例中，进水管道设有进水泵及流量计。通过流量计可控制进水流量。
在本实施例中，光催化降解反应器2设有潜水泵搅拌系统。
在本实施例中，加药系统3包括过氧化氢存储罐、计量泵和加药管道，过氧化氢存储罐通过计量泵与加药管道连接，用于通过计量泵获取过氧化氢浓度最佳投加比，经加药管道进入光催化降解反应器。光催化降解反应器设置有进出水孔、加药管孔，在该反应器内进行紫外光催化氧化反应。
在本实施例中，高强紫外光系统包括高压紫外汞灯41、石英反应罩42、滤光片43和光筛44，高压紫外汞灯41设于石英反应罩42内，石英反应罩42 的开口处沿紫外光射出方向依次设有滤光片43及光筛44；高压紫外汞灯41用于发射高强紫外光，石英反应罩42用于汇聚高强紫外光，滤光片43用于过滤高强紫外光中的红外及大部分可见光，以避免反应中光催化降解反应器2内的温度迅速升高，光筛44用于控制高强紫外光的辐射强度。
在本实施例中，光筛44孔径和密度大小与高强紫外光辐射强度大小相适应。光源光子通量的改变通过光源与反应器之间光筛来控制，可通过改变光筛的孔径和密度来改变光源辐射到反应器中的紫外光的辐照强度。
在本实施例中，高压紫外汞灯41的形状为球形，石英反应罩42的形状为椭圆形。
利用该高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置进行蓝藻毒素处理的过程包括：
1)原水首先进入纤维过滤系统1(纤维滤池)，通过纤维过滤系统1截留、吸附和过滤功能，去除原水中的悬浮颗粒，降低原水中的浑浊度，提高后续高强紫外光的透光率，强化反应系统中的处理效率；
2)原水经纤维过滤后，通过进水泵提升进入光催化降解反应器2内，进水口通过流量计控制流量；
3)纤维过滤系统1出水进入光催化降解反应器2后，加药系统3通过计量泵同步向反应器内投加过氧化氢；
4)光催化降解反应器2内置潜水泵搅拌系统对滤后水与过氧化氢混合液进行均匀搅拌，并通过电子阀控制搅拌速度；
5)高强紫外光系统中的高强紫外光光源，通过石英反应罩42将高压紫外汞灯41发射的紫外光汇聚起来，汇聚光源通过滤光片43及光筛44后，辐射进入光催化降解反应器2内。其中，滤光片43用于过滤掉灯的红外与大部分可见光，以避免反应中反应器内的温度迅速升高；光筛44用于调节光子通量，控制光源辐射强度；
6)在光催化降解反应器2内，高强紫外光辐射滤后水和过氧化氢混合液进行催化氧化反应，一方面，过氧化氢分子吸收光能后O-O键发生断裂分解为两个氧化能力极强的羟基自由基，羟基自由基与藻毒素(MC)相互作用，使其彻底氧化降解；另一方面，高强紫外光的光子直接作用在MC基团上，破坏基团中的分子键，改变分子结构，从而大幅降低藻毒素毒性。
通过该装置还可进行光强控制、过氧化氢控制、水力停留时间设置，具体地：
光强控制：
在催化氧化反应过程中，因UV/H2O2反应中不存在电子和空穴对的复合，高强紫外光强对反应速率影响较大，提高光强可有效加快高强紫外光辅助的 UV/H2O2反应速率，从而提高藻毒素降解效率。因此，根据藻毒素浓度和实际出水需求，可通过高强紫外光系统中的光筛调节辐射强度，控制光催化反应速率。
过氧化氢控制：
过氧化氢投加不足时，羟基自由基产生量不足，氧化效率不够；当过氧化氢过量时，自由基与过氧化氢结合，降低羟基自由基含量，同样导致氧化降解效率低。根据藻毒素浓度和实际出水需求，可通过计量泵获取过氧化氢浓度最佳投加比。设计的过氧化氢和藻毒素摩尔比为150-400∶1。
水力停留时间：
根据原水浊度，控制纤维过滤系统中的水力停留时间，整个纤维过滤系统的设计停留时间为5-10min；光催化降解反应器水力停留时间的设计值为 1-2min。
经过该处理系统后，可将原水中初始浓度为100ug/L的藻毒素(MC-RR、MC-YR、MC-LR)，去除至99％以上，出水浓度低于0.5ug/L。
下面通过具体实例对本实用新型作进一步详细说明。
以某水库原水为观察对象，赤潮爆发时期原水中藻毒素(MC)浓度的最大值可达7.5-10ug/L，因此试验过程取用该浓度范围含藻毒素水源为试验原水，考察本实施例方法及装置对原水中藻毒素的去除效果。试验条件为：高强紫外光光强光子通量为3.13×10- 6einstein/(cm2·s)，即I＝100％Imax，藻毒素(MC)浓度为10ug/L，过氧化氢(H2O2)浓度为150ug/L，过氧化氢与藻毒素的摩尔比为400∶1，纤维滤池的水力停留时间为6min，光催化降解反应器的水力停留时间为1min。原水通过进水泵首先进入纤维滤池，在本单元经过纤维截留、吸附和过滤后，将原水浊度降低至1NTU以下，随后进入高强紫外光催化降解反应器内，高强紫外光系统和加药系统根据进水中藻毒素浓度，分别自动调节光强和过氧化氢投加量。在反应器内，一方面高强紫外光通过催化过氧化氢产生具有强氧化性能的自由基，对藻毒素进行氧化降解；另一方面，高强紫外光光子通过能级跃迁，直接光解藻毒素官能团，使其降解。经过在高强紫外光催化反应器中的反应，污染物得到氧化降解，在本试验条件下藻毒素去除率达到99 ％以上，出水中藻毒素浓度达0.1ug/L以下。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，其特征在于，包括纤维过滤系统、光催化降解反应器、加药系统及高强紫外光系统；
所述纤维过滤系统通过进水管道与所述光催化降解反应器连接，用于截留、吸附和过滤原水中的悬浮颗粒物，并通过所述进水管道使滤后水进入所述光催化降解反应器；
所述加药系统与所述光催化降解反应器连接，用于向所述光催化降解反应器投加过氧化氢与滤后水进行催化氧化反应；
所述高强紫外光系统设于所述光催化降解反应器上方，用于产生高强紫外光对所述光催化降解反应器内的滤后水进行辐射，以在催化氧化反应中使藻毒素彻底氧化降解，并降低藻毒素毒性。
2.根据权利要求1所述的高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，其特征在于，所述纤维过滤系统为柱状滤池，所述滤池内填充有纤维滤料。
3.根据权利要求1所述的高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，其特征在于，所述进水管道设有进水泵及流量计。
4.根据权利要求1所述的高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，其特征在于，所述光催化降解反应器设有潜水泵搅拌系统。
5.根据权利要求1所述的高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，其特征在于，所述加药系统包括过氧化氢存储罐、计量泵和加药管道，所述过氧化氢存储罐通过所述计量泵与所述加药管道连接，用于通过所述计量泵获取过氧化氢浓度最佳投加比，经所述加药管道进入所述光催化降解反应器。
6.根据权利要求1所述的高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，其特征在于，所述高强紫外光系统包括高压紫外汞灯、石英反应罩、滤光片和光筛，所述高压紫外汞灯设于所述石英反应罩内，所述石英反应罩的开口处沿紫外光射出方向依次设有所述滤光片及光筛；所述高压紫外汞灯用于发射高强紫外光，所述石英反应罩用于汇聚所述高强紫外光，所述滤光片用于过滤所述高强紫外光中的红外及大部分可见光，所述光筛用于控制高强紫外光的辐射强度。
7.根据权利要求6所述的高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，其特征在于，所述光筛孔径和密度大小与所述高强紫外光辐射强度大小相适应。
8.根据权利要求6所述的高强紫外光-双氧水去除水体中藻毒素的装置，其特征在于，所述高压紫外汞灯的形状为球形，所述石英反应罩的形状为椭圆形。
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