一种高级氧化处理废水的方法与流程 专利技术说明

环保节能,再生,污水处理设备的制造及其应用技术1.本发明涉及高氨氮难降解有机废水处理技术领域，尤其是涉及一种高级氧化处理废水的方法。背景技术：2.随着工业的发展，废水排放的问题日趋严重，对人们的日常生活产生了不良影响。纺织、印染、制革等工业都会产生大量废水，这些废水含有高浓度的难降解有机物和氨氮。含有大量氨氮的废水直接排入水体不仅会引起水体富营养化、造成水体黑臭，甚至会对人体及生物产生毒害作用。因此，如何更有效地去除废水中的有机物和氨氮，提高废水处理的效果，成为废水处理中的突出问题。3.高级氧化技术(apos)是去除难降解有机物最有效的手段，其中，臭氧(o3)是一种绿色环保的强氧化剂，具有很强的氧化能力，对大部分有机物有开环断链的作用，o3的制备也比较简单，很适合工业化应用，因此，近些年以臭氧氧化为基础的高级氧化技术研究颇多。然而，臭氧在水处理中的应用存在诸多缺陷，主要表现在臭氧利用率低和选择性差，导致对难降解有机物的去除效率很低。研究发现，o3氧化反应过程中产生的羟基自由基(·oh)氧化电位2.8v，有很强的氧化性，选择性差，能够矿化大部分有机物，对大部分有机物降解效果较差。4.针对臭氧直接氧化的缺陷，目前构建了臭氧催化氧化、h2o2/o3、超声/o3、uv/o3等改进工艺，旨在促进强氧化性物质羟基自由基(·oh)产生，但是对于氨氮的去除没有明显效果，这也是是高级氧化技术目前存在的一个技术瓶颈。5.其中，uv/o3工艺是利用紫外光激发臭氧发生链式反应产生·oh，属于光化学能之间转化，反应过程中不额外产生有毒有害物质，主要反应物氧气的来源广泛，因此该工艺很适合工业化应用。然而，在uv/o3高级氧化体系中，也很难对水中的氨氮起到较好的去除作用。此外，uv/o3技术虽然具有清洁友好的特点，但是活性物质产生速率和效率低，影响了该技术在处理高浓度难降解废水中的应用。6.其他高级氧化体系也主要是以产生羟基自由基为主，羟基自由基虽然对有机物有很好的氧化降解作用，但是对于氨氮没有明显的去除效果，一般情况下需要通过生化手段去除，而生化脱氮需要有充足的碳源作为支撑。7.鉴于此，本发明提出一种新型的高级氧化处理废水的方法，旨在实现同步脱氮除碳，并达到高效的有机物降解去除效果。技术实现要素：8.本发明的目的在于提供一种高级氧化处理废水的方法，该方法提高了臭氧利用率，强化了反应体系的氧化活性，并可将铵根离子氧化成氮气释放出来，达到同步脱氮除碳的目的。9.本发明提供一种高级氧化处理废水的方法，在紫外灯照射条件下，向废水中通入臭氧，并加入助氧化剂，进行高级氧化反应，在氧化降解有机物的同时，将铵根离子氧化去除；所述助氧化剂包括次氯酸根。10.本发明的高级氧化处理废水的方法，利用紫外光激发作用使臭氧发生链式反应，产生强氧化性的羟基自由基，同时在反应过程中加入次氯酸盐，一方面，提高了链式反应速率以及链式反应中间产物的氧化活性，促进强氧化性的羟基自由基产生，羟基自由基的总量提高了50％；另一方面，次氯酸根受紫外光激发能够产生强氧化性的氯自由基，该自由基在较为宽泛的ph环境下对铵根离子具有很强的氧化作用，可将铵根离子氧化成氮气释放出来，达到脱氮的目的，同时起到强化反应体系氧化活性的作用。因此，该方法不仅提高了链式反应整体反应速率，减少了体系的反应时间，降低了废水在反应构筑物中的停留时间，而且具备较好的同步脱氮除碳应用前景。11.在本发明处理废水的方法中，所使用的次氯酸根包括可以在溶液中电离出次氯酸根的次氯酸和次氯酸盐中的任意一种或两种，而本发明对于次氯酸盐的具体形式不作严格限定，包括次氯酸钠、次氯酸钾和次氯酸钙等，优选为次氯酸钠。12.臭氧和次氯酸根的投加量根据进水水质中的cod含量多少和处理要求而定，cod含量高、处理指标要求严，臭氧通入量和次氯酸根的投加量相应增多，反之，cod含量低、处理指标要求松，臭氧通入量和次氯酸根的投加量相应减少。本发明在对废水进行处理时，可提前预测废水中cod值，根据cod含量投加臭氧，在确保废水处理效果的同时，减少药剂投加量。研究表明，在本发明中，每处理含有0.95mgcod的废水，投加0.8-12mg臭氧除碳效果最佳。而次氯酸根作为助氧化剂，主要用于提高链式反应速率以及链式反应中间产物的氧化活性，进而促进强氧化性的羟基自由基产生，同时，次氯酸根受紫外光激发产生的强氧化性氯自由基能够在较为宽泛的ph环境下将铵根离子氧化成氮气释放出来。因此，次氯酸根的投加量主要根据臭氧投加量核定。具体地，臭氧与次氯酸根的投加摩尔比为(15-8)：1，并优选为10:1。13.作为本技术方案优选地，所述紫外灯照射时，本发明对于紫外光的波长和紫外照射强度不作严格限定，具体地，紫外光的波长为200-280nm，并优选为254nm，而紫外照射强度为5-50mw/cm2。14.本发明对于紫外灯的具体类型不作严格限定，具体包括低压汞灯、led短波紫外灯和微波无极紫外灯中的任意一种，实际使用时，可根据废水处理规模、处理要求进行选择。15.作为本技术方案优选地，本发明的uv/o3/次氯酸盐体系高级氧化反应的时间为3-10min，并优选为5min。由此可见，该方法显著提高了链式反应整体反应速率，减少了体系的反应时间，降低了废水在反应构筑物中的停留时间。16.本发明的uv/o3/次氯酸盐反应体系适用于较为宽泛的ph范围，因此，在使用紫外灯照射之前，需将废水ph值调至3-11，且调节ph的药剂为硫酸、盐酸、氢氧化钠或石灰乳。而研究表明，偏碱性的废水环境有助于提高链式反应速率以及链式反应中间产物的氧化活性，因此，废水的ph值优选为7-11。17.在上述技术方案的基础上，为进一步提高臭氧与废水的作用效果，所述臭氧通过微孔曝气、纳米曝气或文丘里曝气的方式通入废水，经上述曝气处理后，臭氧微气泡的的直径为10-100μm，并且臭氧气流的方向与水流的方向垂直。此外，臭氧发生器与曝气装置连通的管道上设有电磁阀和流量计，电磁阀用于开始或停止向曝气装置中通入o3，并调节其进气流量，而流量计可以对进气量进行实时监测和计量，本发明中臭氧的通入流量优选为200-1000ml/mim。18.本发明的高级氧化处理废水的方法有效解决了现有单一技术难以实现高cod和高氨氮污水的直接排放的难题，不仅缩短了处理时间，提高了cod和氨氮的去除效率，最大限度地降低能耗。因此，本发明的高级氧化处理废水方法所适用的废水包括含有cod和氨氮的化工废水、印染废水或市政废水。19.本发明的高级氧化处理废水的方法，至少具有以下技术效果：20.1、本发明的高级氧化处理废水的方法，利用紫外光激发作用使臭氧发生链式反应，产生强氧化性的羟基自由基，同时在反应过程中加入次氯酸盐，一方面，提高了链式反应速率以及链式反应中间产物的氧化活性，促进强氧化性的羟基自由基产生，羟基自由基的总量提高了50％；另一方面，次氯酸根受紫外光激发能够产生强氧化性的氯自由基，该自由基在较为宽泛的ph环境下对铵根离子具有很强的氧化作用，可将铵根离子氧化成氮气释放出来，达到脱氮的目的，同时起到强化反应体系氧化活性的作用；21.2、本发明构建的uv/o3/次氯酸盐反应体系不仅提高了臭氧利用率，强化了反应体系氧化活性，而且利用次氯酸根的氧化作用可氧化铵根离子，使其转变为氮气释放，氨氮去除效率明显增强，该方法提高了链式反应整体反应速率，减少了体系的反应时间，降低了废水在反应构筑物中的停留时间，具备较好的同步脱氮除碳应用前景，反应过程不会对环境造成危害，适合工业化大规模使用；22.3、本发明的高级氧化处理废水的方法有效解决了现有单一技术难以实现高cod和高氨氮污水的直接排放的难题，不仅缩短了处理时间，提高了cod和氨氮的去除效率，最大限度地降低能耗，节约材料成本和运行成本，对其他污水也有较大的借鉴意义，具有较大的发展潜力和应用前景。附图说明23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。24.图1为本发明自由基产生情况对比图，uv/o3体系·oh的产生受ph值(a)和反应时间(ph＝7.3)(b)的影响、uv/o3/次氯酸盐体系·oh的产生受反应时间(ph＝7.3)(c)和ph值(d)的影响；25.图2为本发明不同氧化体系对有机物的去除效果；26.图3为本发明不同氧化体系对氨氮的去除效果。具体实施方式27.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。28.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。29.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。30.实施例131.称取1.65g硫酸铵与0.23ml喹啉加入1l容量瓶中，定容后稀释至5l容器中，配制模拟废水cod为98.46mg/l，氨氮为70.02mg/l。32.采用下述方法对废水进行处理：33.首先，使用氢氧化钠将废水ph值调至8，然后，在波长为254nm的紫外灯照射条件下，通过文丘里曝气的方式向废水中通入100mg的臭氧微气泡，并加入10.9mg的次氯酸，进行uv/o3/次氯酸盐高级氧化反应，反应时间为5min，在氧化降解有机物的同时，将铵根离子氧化去除。处理完成后，对废水中的cod和氨氮去除率进行测试。34.实施例235.称取1.65g硫酸铵与0.23ml喹啉加入1l容量瓶中，定容后稀释至5l容器中，配制模拟废水cod为98.46mg/l，氨氮为70.02mg/l。36.采用下述方法对废水进行处理：37.首先，使用氢氧化钠将废水ph值调至5，然后，在波长为200nm的紫外灯照射条件下，通过微孔曝气的方式向废水中通入92mg的臭氧微气泡，并加入14mg的次氯酸钠，进行uv/o3/次氯酸盐高级氧化反应，反应时间为5min，在氧化降解有机物的同时，将铵根离子氧化去除。处理完成后，对废水中的cod和氨氮去除率进行测试。38.实施例339.称取1.65g硫酸铵与0.23ml喹啉加入1l容量瓶中，定容后稀释至5l容器中，配制模拟废水cod为98.46mg/l，氨氮为70.02mg/l。40.采用下述方法对废水进行处理：41.首先，使用氢氧化钠将废水ph值调至10，然后，在波长为254nm的紫外灯照射条件下，通过文丘里曝气的方式向废水中通入124mg的臭氧微气泡，并加入19mg的次氯酸钠，进行uv/o3/次氯酸盐高级氧化反应，反应时间为5min，在氧化降解有机物的同时，将铵根离子氧化去除。处理完成后，对废水中的cod和氨氮去除率进行测试。42.对照例143.待处理废水同实施例3；44.仅使用次氯酸钠处理该废水，反应时间为20min。45.对照例246.待处理废水同实施例3；47.首先，使用氢氧化钠将废水ph值调至10，然后，在波长为254nm的紫外灯照射条件下，通过文丘里曝气的方式向废水中通入124mg的臭氧微气泡，进行uv/o3高级氧化反应，反应时间为8min。48.对照例349.待处理废水同实施例3；50.首先，使用氢氧化钠将废水ph值调至10，然后，在波长为254nm的紫外灯照射条件下，向废水中加入19mg的次氯酸钠，进行uv/次氯酸盐高级氧化反应，反应时间为15min。51.本发明首先研究了实施例3(uv/o3/次氯酸盐体系)和对照例2(uv/o3体系)中·oh的产生受ph值及反应时间的影响，测试结果如图1所示。52.由图1可知，本发明的uv/o3/次氯酸盐体系基本不受废水ph值的影响，相比于uv/o3体系，适用于较为宽泛的ph值环境。此外，在本发明的uv/o3/次氯酸盐体系，因次氯酸根的加入，会显著提高臭氧的利用率，促进强氧化性的羟基自由基产生，当反应时间为30min时，本发明的uv/o3/次氯酸盐体系相比于uv/o3体系，羟基自由基的总量提高了近50％。53.此外，为进一步研究本发明uv/o3/次氯酸盐体系对废水的处理效果，对上述实施例3及对照例1-3的废水处理效果进行了测试，测试结果如图2-3所示，54.结合图2-3可知，当使用紫外光照射时，次氯酸钠会在废水中产生cl·和·oh，进一步强化了反应体系的氧化性，随着次氯酸钠投加量的增加，自由基的量也在逐渐增加，去除率也逐渐增加。而在uv/o3/次氯酸盐耦合工艺中，由于臭氧的加入，·oh的的数量大幅增加，使得耦合工艺的氧化性远超其他工艺，cod的去除率可达63.5％，氨氮的去除率可达91.02％。55.综上，本发明的uv/o3/次氯酸盐高级氧化体系应用于废水同步脱氮除碳时，不仅局限于对喹啉废水的降解，对其它难降解有机物的去除同样具有典型优势。因此，该工艺的应用包括但不限于化工废水、工业废水、印染废水、市政废水的深度处理。56.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!