专利名称：微污染水的深度处理的系统和方法
技术领域：
本发明属于环保水处理领域，尤其涉及一种微污染水的深度处理系统和方法。
背景技术：
此前，水污染问题的关注焦点主要集中于水体中的化学需氧量(COD)、浊度、色度、 氮(N)、磷(P)等感官指标。随着人民生活水平的提高，由水环境中微量污染物引起的饮用 水卫生和安全问题也越来越被关注。据世界卫生组织(WHO)统计，目前水中污染物已达2221种。主要为有机化学物、 碳化物、金属物。其中，有害的有机污染物765种，经鉴定确认其中致癌物20种，可疑致癌 物23种，致突变物56种，促癌剂18种。针对这些微量难降解有机污染物的水(简称微污 染水)，传统的生物处理难以取得理想效果。为此，广大科研工作者针对微污染水提出了一 些新的处理技术用以进行深度处理，如活性炭吸附、膜过滤等。但是，这些工艺在实际应用 中均存在一定的局限性，如活性炭对大部分短链极性有机物的吸附能力较弱，对痕量有机 污染物的吸附效果也较差。以臭氧氧化等为代表的高级氧化技术，因其氧化效率高、反应时间短、无二次污 染、设备简单等优点，在微量或痕量有机污染物处理领域具有很大的应用潜力。但是，在控 制成本的前提下，单一的臭氧氧化一股仅将有机污染物降解为小分子有机物，而将其完全 矿化的能力较弱。因此，需结合其他技术以提高臭氧氧化对微污染水深度处理的处理效果。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种微污染水深度处理系统和 方法，具有操作简单、能显著提高水质、臭氧使用效率高、并能同步脱色杀菌的优点。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案本发明的一种微污染水的深度处理系统，其特征在于，该系统包括臭氧发生器，紫 外臭氧反应器，催化臭氧化反应器；紫外臭氧反应器上端分别设有进水口和出气口，紫外臭 氧反应器底部和下端分别设有进气口和出水口，催化臭氧化反应器上部分别设有进水口和 出气口，催化臭氧化反应器底部和下端分别设有进气口和出水口，其中，该紫外臭氧反应器 进气口与臭氧发生器的出气口相连，紫外臭氧反应器的出气口与催化臭氧化反应器进气口 相连，紫外臭氧反应器的出水口与催化臭氧化反应器的进水口相连；紫外臭氧反应器的进 水口作为系统待处理的微污染水的进口，催化臭氧化反应器的出水口为系统的净水出口。 催化臭氧化反应器的出气口为系统尾气出口。采用上述的系统的微污染水的深度处理方法，其特征在于，该方法包括以下步 骤1)打开系统电源，微污染水首先从紫外臭氧反应器上部进水口进入紫外臭氧反应 器，臭氧发生器产生的臭氧从紫外臭氧反应器底部进气口进入紫外臭氧反应器中控制紫外 臭氧反应器中臭氧浓度为0. 05-100mg/L,反应停留时间为2. 0-50. Omin ；
2)紫外臭氧反应器处理后的出水经催化臭氧化反应器上部的进水口进入催化 臭氧化反应器中，紫外臭氧反应器中的臭氧从紫外臭氧反应器上部的出气口经催化臭氧 化反应器底部进气口进入催化臭氧化反应器中；污水在催化臭氧化反应器中停留处理 2. 0-60. Omin以后从催化臭氧化反应器下部出水口排出。本发明的优点是(1)通过将UVZO3反应器和催化臭氧化反应器相串联，增强了臭氧向液相的传质效 率，提高臭氧的利用率；(2)集成UV/03、催化臭氧化、吸附等化学、物理技术对微污染水进行深度处理，去 除微量或痕量有机污染物，并同步实现杀菌与脱色。(3)本方法反应速度快，微污染物的去除效率高(大于90% )，污染物被矿化程度
尚ο
图1为本发明微污染水的深度处理系统结构示意图。
具体实施例方式本发明的一种微污染水的深度处理系统和方法结合附图详细说明如下本发明的系统组成，如图1所示，该系统包括臭氧发生器1，紫外臭氧(UV/03)反应 器2，催化臭氧化反应器3 ;UV/03反应器2上端分别设有进水口 4和出气口 7，UVZO3反应器 底部和下端分别设有进气口 5和出水口 6，催化臭氧化反应器3底部和下端分别设有进气 口 8和出水口 10，催化臭氧化反应器上部分别设有进水口 9和出气口 11，其中，该而/03反 应器2进气口 5与臭氧发生器1的出气口相连，UV/03反应器2的出气口 7与催化臭氧化反 应器3进气口 8相连，UVZO3反应器2的出水口 6与催化臭氧化反应器3的进水口 9相连； UVZO3反应器2的进水口 4作为系统待处理的微污染水的进口，催化臭氧化反应器3的出水 口 10为系统的净水出口。催化臭氧化反应器3的出气口 11为系统尾气出口。上述UVZo3反应器内设有UV灯，紫外灯主波长范围可为200-320nm，灯管外套有石 英玻璃保护管；在催化臭氧化反应器中装稀土瓷球填料作为催化剂，瓷球的主要成分为二氧化硅 (SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fii2O3)、二氧化锰(MnO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化铈(CeO2)中 的两种或三种以上的混合物；稀土瓷球的比表面积为100-2000m2/g，粒径为0. 1-10. 0mm。本发明系统中各部件的实施例为臭氧发生器1，采用青岛国林CF-G-3-010G型臭氧发生器，最大臭氧产量为氧气 10g/h臭氧浓度为氧气10 50mg/L，进气流量为氧气0. 08 0. 8m3/h,输入电源220V， ph/50Hz，最大功率 0. Ikw ；UVZO3反应器2，采用福建新大陆的NLC-050，内装UV灯功率为40W，有效UV功率 为；35%，UV灯主波长为253. 7nm ；催化臭氧化反应器3中以稀土瓷球为填料，稀土瓷球的主要成分为Si02、A1203、 Fe2O3^MnO2 ；稀土瓷球比表面积为800m2/g ；稀土瓷球粒径为4. 0mm。本发明提出的采用上述系统的微污染水的深度处理方法，其操作步骤及处理流程如下1)打开系统电源，微污染水首先从UVZO3反应器上部进水口进入UVZO3反应器2， 臭氧发生器ι产生的臭氧从从UVZO3反应器底部进气口进入UVZO3反应器中控制UVZO3反 应器中臭氧浓度为0. 05-100mg/L,反应停留时间为2. 0-50. Omin，大分子有机物被降解为 小分子有机物、CO2和水；该步骤利用O3能够吸收主波长200-320nm的紫外光分解产生具有强氧化性且选 择性弱的羟基自由基(· OH)从而将微量有机污染物降解。此外，在紫外光的作用下，还可 将水中的污染物分子激发活化，使有机污染物更容易降解去除；2) UVZO3反应器2处理后的出水经催化臭氧化反应器3上部的进水口 9进入催化 臭氧化反应器3中，UV/03反应器2中的臭氧从UV/03反应器2上部的出气口经催化臭氧化 反应器3底部进气口 8进入催化臭氧化反应器3中；污水在催化臭氧化反应器中停留处理 2. 0-60. Omin以后从催化臭氧化反应器3下部出水口排出。该步骤在催化剂填料的作用下，臭氧分子和有机污染物分子被同时吸附到其 表面，金属氧化物表面的Lewis酸能促使臭氧分子快速出分解活泼的· 0H，从而引发自 由基链反应降解有机污染物(此类催化剂在反应体系中既增加了臭氧从气相向水相转 移的传质速率，也提高了羟基自由基的生成效率；污水在催化臭氧化反应器中停留处理 2. 0-60. Omin以后，剩余的微量小分子有机物大部分被矿化为CO2和水。此时总有机碳 (TOC)去除率明显提高，残留的微量小分子有机物可被大比表面积的瓷球填料进一步吸附 而去除)采用本方法处理后的出水中残留污染物浓度采用高效液相色谱(HPLC)检测，微 污染物的去除效率为90-95%。本发明方法集成UV/03、催化臭氧化、吸附等化学、物理技术对微污染水进行深度 处理，去除微量或痕量有机污染物，并同步实现杀菌与脱色。具有反应速度快，微污染物的 去除效率高，污染物被矿化程度高的优点。本发明中方法操作的实施例为1)打开系统电源，微污染水经泵加入而/03反应器中，调节臭氧发生器中O3浓度 为0. lmg/L, O3由臭氧发生器经进气口 5进入UVZO3反应器，UV/03反应器内装UV灯功率为 40W, UV灯主波长为2Mnm ；UV/03高级氧化反应开始，设定反应停留时间为15min。幻而/03反应器处理后的水溶液和气体分别经进水口 9和进气口 8进入催化臭 氧化反应器，进行催化臭氧化反应，催化臭氧化反应器3中稀土瓷球的主要成分为Si02、 A1203、Fe2O3^ MnO2 ；稀土瓷球比表面积为800m2/g ；稀土瓷球粒径为4. Omm ；反应器设定停留 处理为15min以后从催化臭氧化反应器3下部出水口排出。出水中残余的微量污染物浓度采用HPLC检测，微污染物的去除效率为90-95%。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种微污染水的深度处理系统，其特征在于，该系统包括臭氧发生器，紫外臭氧反应 器，催化臭氧化反应器；紫外臭氧反应器上端分别设有进水口和出气口，紫外臭氧反应器底 部和下端分别设有进气口和出水口，催化臭氧化反应器上部分别设有进水口和出气口，催 化臭氧化反应器底部和下端分别设有进气口和出水口，其中，该紫外臭氧反应器进气口与 臭氧发生器的出气口相连，紫外臭氧反应器的出气口与催化臭氧化反应器进气口相连，紫 外臭氧反应器的出水口与催化臭氧化反应器的进水口相连；紫外臭氧反应器的进水口作为 系统待处理的微污染水的进口，催化臭氧化反应器的出水口为系统的净水出口。催化臭氧 化反应器的出气口为系统尾气出口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述紫外臭氧反应器内设有UV灯，紫外灯 主波长可范围200-320nm。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在催化臭氧化反应器中以稀土瓷球为 催化剂填料，稀土瓷球的主要成分为二氧化硅SiO2、氧化铝Al2O3、氧化铁!^e2O3、二氧化锰 MnO2、二氧化钛TiO2、氧化铈CeO2中的两种或三种以上的混合物；稀土瓷球的比表面积为 100-2000m2/g，粒径为 0. 1-10. 0mm。
4.采用根据权利要求1所述的系统的微污染水的深度处理方法，其特征在于，该方法 包括以下步骤1)打开系统电源，微污染水首先从紫外臭氧反应器上部进水口进入紫外臭氧反应器， 臭氧发生器产生的臭氧从紫外臭氧反应器底部进气口进入紫外臭氧反应器中控制紫外臭 氧反应器中臭氧浓度为0. 05-100mg/L,反应停留时间为2. 0-50. Omin ；2)紫外臭氧反应器处理后的出水经催化臭氧化反应器上部的进水口进入催化臭氧化 反应器中，紫外臭氧反应器中的臭氧从紫外臭氧反应器上部的出气口经催化臭氧化反应器 底部进气口进入催化臭氧化反应器中；污水在催化臭氧化反应器中停留处理2. 0-60. Omin 以后从催化臭氧化反应器下部出水口排出。
全文摘要
本发明涉及微污染水深度处理的系统和方法，属于环保水处理领域，该系统包括将臭氧发生器的出气口与UV/O3反应器及催化臭氧化反应器进气口依次相连，将UV/O3反应器出水口与催化臭氧化反应器的进水口相连。该方法集成光化学、催化臭氧化、吸附等物理化学手段将水中的微量难降解有机物污染物去除。整个处理过程中，臭氧采用串联给气方式，提高了臭氧的使用效率，降低了处理成本。该工艺设备结构简单、易操作管理、可同步实现有机物降解、杀菌和脱色。
文档编号C02F9/04GK102107967SQ20111002102
公开日2011年6月29日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者徐武军, 王凯军, 阎中, 陈健 申请人:清华大学, 福建新大陆环保科技有限公司