一种污水中表面活性有机污染物的处理方法及处理装置

本发明涉及污水的净化处理技术领域，特别是涉及一种污水中表面活性有机污染物的处理方法，同时还涉及一种处理装置。

背景技术：

有机表面活性剂是一类在分子结构中同时具有亲水基团和疏水基团的有机化合物，其可以有效降低溶液的表面张力，具有发泡、分散、润滑、去污等作用，在日常生活和工业生产中均有广泛的应用。目前使用的表面活性剂普遍都具有一定的耐生物降解性，排放入环境后会长期存在，并具有一定的生物富集性和毒性，对人类健康和生态环境造成了极大的危害。

目前处理水体中表面活性污染物的方式可分为两类。一类是利用物理过程对表面活性污染物进行分离，包括吸附、离子交换、膜分离等方式。相关的物理过程虽然可以将表面活性污染物从水体中分离去除，但普遍需要后续的深度处理工艺实现污染物的回收利用或彻底降解。另一类是通过生物、化学等过程将表面活性污染物降解，从而去除污水中的表面活性污染物，常见的方法有微生物降解、化学氧化降解、光化学降解等。在这些处理方法中，光化学降解具有操作简单、清洁高效等优势，并且有望利用太阳光作为主要驱动力来进行降解，极具发展潜力和应用前景。

光化学降解虽然具有诸多优势，但反应效率低的缺点却限制了其实际应用。效率低的原因之一是光化学反应过程普遍遵循准一级动力学，在处理水体中污染物时，由于实际水体中的表面活性污染物的浓度相对较低，因此导致光降解处理效率偏低，造成对水体中表面活性污染物的去除效率低，不能有效去除水体中的表面活性污染物。

因此，有必要对污水中表面活性有机污染物的处理进行研究，以期能提高处理效率，有效去除水体中的表面活性污染物。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种污水中表面活性有机污染物的处理方法，可以有效去除污水中的表面活性有机污染物。

本发明还提供了一种污水中表面活性有机污染物的处理装置。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种污水中表面活性有机污染物的处理方法，包括步骤：

将含有表面活性有机污染物的污水进行溶气处理，得到水气混合物；将所述水气混合物导入降解反应器，在降解反应器内所述水气混合物分成上部的气液混合层和下部的污水层，表面活性有机污染物富集于所述气液混合层中，所述气液混合层内设置有紫外光源，通过辐照作用对气液混合层中富集的所述表面活性有机污染物进行降解去除，处理后得到净化水；

其中，所述溶气处理包括：将空气与含有表面活性有机污染物的污水通入溶气泵中，控制污水的流量为5～20l/h，控制空气的进气量为0.5～2.0l/h，在溶气泵中混合后得到的混合物再导入溶气罐中加压处理，控制压力为0.45～0.55mpa，得到所述水气混合物；和/或，

所述降解反应器为常压容器，所述上部的气液混合层的高度为80～100mm。

优选地，所述上部的气液混合层和下部的污水层的高度比为1：(1.1～2.0)。

作为一种优选的实施方案，所述含有表面活性有机污染物的污水中表面活性有机污染物的浓度为5～15mg/l，进一步优选为8～12mg/l。

作为一种优选的实施方案，所述表面活性有机污染物为烷基硫酸盐类化合物、烷基磺酸盐类化合物或烷基苯磺酸盐类化合物，进一步优选为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的任一种或几种的混合。

作为一种优选的实施方案，所述水气混合物在降解反应器内的水力停留时间为30～150min，优选为90～150min。

作为一种优选的实施方案，所述降解反应器内物料的总高度为210～240mm。

作为一种优选的实施方案，所述紫外光源为25w的低压汞灯。

采用本发明方法对含有表面活性有机污染物的污水进行处理，可以有效降解其中的表面活性有机污染物，尤其是污水中的十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠表面活性有机污染物，处理后得到的净化水相比处理前的含有表面活性有机污染物的污水，其中cod的去除率大于90％。

第二方面，本发明还提供了一种污水中表面活性有机污染物的处理装置，所述装置包括依次串联的溶气泵、溶气罐和降解反应器，所述降解反应器上设置有出水口，降解反应器的出水口的管道上、降解反应器与所述溶气罐之间的连接管道上均设置有流量调节阀；所述降解反应器为上端开口的槽体，所述降解反应器的槽体内设置有下部的污水流经区和上部的污染物降解区；所述污染物降解区内设置有紫外光源；所述降解反应器的出水口、降解反应器的与所述溶气罐连接管道的接口均设置在污水流经区。

优选地，所述污染物降解区和污水流经区的高度比为1：(1.1～2.0)。

作为一种优选的实施方案，所述紫外光源为25w的低压汞灯，优选在污染物降解区内水平设置。

本发明所述的污水中表面活性有机污染物的处理方法，采用本发明所述的装置进行处理。

在对含表面活性有机污染物的污水进行研究中发现，表面活性剂更倾向于分布于气液界面，因此，本申请提出了利用溶气气浮技术对污水中表面活性有机污染物进行富集，进而高效降解处理的方法。即本发明先将表面活性剂富集至溶气气浮过程所产生的富含气液界面的气液混合层中，然后再利用紫外光源对气液混合层进行针对性的照射，从而提高了光降解的速率，提高了处理效率。

具体地，本发明提供的污水中表面活性有机污染物的处理方法，先通过对含表面活性有机污染物的污水进行加压溶气处理，使污水中溶解大量的空气，之后溶气处理过的污水进入降解反应器，污水中溶解的空气在降解反应器内溶出，形成了大量微小的气泡并上浮，在降解反应器的上部形成气液混合层，表面活性污染物在其内得到有效富集；利用紫外光源对所述气液混合层进行辐照，降解所述气液混合层中富集的表面活性污染物。

在本发明中，加压溶气处理时采用的溶气泵为气液混合泵，可在输运污水时，实现7～12％(v/v)的吸气量。溶气罐为一密闭的耐压容器(耐受压力大于0.5mpa)，可通过溶气罐内的压力将空气溶解至污水中，提高溶气量。

在本发明中，还研究发现许多因素会对表面活性污染物的去除效果有显著影响。例如，污水在降解反应器内的水力停留时间，降解反应器内形成的气液混合层的厚度等都会影响污水的处理效果。本发明进一步对这些因素进行了研究，最终显著地提高了表面活性有机污染物的处理效率和处理效果。

本发明提供的处理方法，可以快速有效的对含有表面活性有机污染物的污水进行降解处理，使其中所含的表面活性污染物得到快速降解，光降解处理效率高。试验证明，污水中cod的去除率在90％以上。此外，本发明还具有操作简单的特点。

附图说明

图1是本发明提供的一种污水中表面活性有机污染物处理装置的示意图；

图中：1-溶气泵，2-溶气罐，3-降解反应器，4-进水流量调节阀，5-出水流量调节阀，6-压力控制阀，7-紫外光源，10-进水管，11-进气管，12-排气管，13-出水管，31-污染物降解区，32-污水流经区。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种污水中表面活性有机污染物的处理装置，如图1所示，该处理装置包括溶气泵1、溶气罐2和降解反应器3，溶气泵1上设置有进水管10和进气管11，溶气泵1的出口连接至溶气罐2。溶气罐2上设置有进水(气)管、出水管和排气管12，进水(气)管与溶气泵1的出水口相连，溶气罐2的出水管连接至降解反应器3的进水口，在溶气罐2的出水管中间设置有一进水流量调节阀4，排气管12与大气连通，排气管12中间设置有一压力控制阀6。降解反应器3上设有进水口，还具有出水管13，降解反应器3的进水口与容器罐2的出水管相连，出水管13的管路上设置有一出水流量调节阀5；降解反应器3的内部分为上下两部分，上部为污染物降解区31，污染物降解区31的下部为污水流经区32。污染物降解区31内设置有紫外光源7，降解反应器3的进水口和出水管13均设置在污水流经区32，且靠近底部设置，优选降解反应器3的进水口、出水口分别位于降解反应器3的两端、相对设置。

溶气罐2为一密闭的耐压容器(耐受压力大于0.5mpa)，可通过提高罐内压力将空气溶解至污水中，其中部设有用于进水(气)的进水口，底部设有出水管用于排出溶解过空气的污水，顶部设有排出多余空气的排气管12，排气管12中间设置的压力控制阀6用以控制排气。

优选地，污染物降解区31和污水流经区32的高度比为1：(1.1～2.0)。

作为一种具体的实施方案，降解反应器3为长方体的槽型，上部开口，尺寸为350×150×300mm(长×宽×高)，其中污水的设计容积为12.6l(350×150×240mm)。

紫外灯水平安置于污染物降解区31内，且位于最高污水液面下方约10-50mm。

利用以上实施例提供的处理装置对污水中表面活性有机污染物进行处理的步骤包括：

首先开启溶气泵1，通过其上的进水管10吸入含有表面活性有机污染物的污水，同时通过进气管11吸入一定比例的空气，一般为7～12％体积比的空气，控制污水的流量为5～20l/h，控制空气的进气量为0.5～2.0l/h，溶气泵1将气液混合物输送至溶气罐2；

调节溶气罐2的压力控制阀，使罐内压力维持在0.45～0.55mpa，在溶气泵1中混合后得到的气液混合物在溶气罐2中加压处理，将空气充分溶入污水，得到水气混合物；

开启进水流量调节阀4，使溶解了空气的污水即水气混合物进入降解反应器3中，待污水水位达到污染物降解区31的最上端，开启出水流量调节阀5，通过进水流量调节阀4与出水流量调节阀5来调整污水在污水流经区的水力停留时间；污水中加压溶解的空气溶出，在污染物降解区31形成气液混合层，开启污染物降解区31的紫外光源7，降解气液混合层中被溶气溶出所富集的表面活性有机污染物。

实施例2

本实施例提供了一种污水中表面活性有机污染物的处理方法，以含十二烷基磺酸钠(sds)的污水为例，采用实施例1提供的装置进行了处理。

污水中sds的浓度为10mg/l，温度为25～30℃。采用的降解反应器的外形尺寸为350×150×300mm，污水容积为12.6l。

紫外光源为25w的低压汞灯，位于污染物降解区31内，平行设置，可以设置多组，紫外光源位于总物料最高液面下方约30-50mm。

本发明的处理方法包括以下步骤：

1)处理前污水先进行静置沉淀(大于24h)，之后过滤去除悬浮颗粒物，保证污水中固体悬浮物浓度(ss)低于300mg/l；

2)关闭进水流量调节阀4和出水流量调节阀5，向溶气泵1内输送含sds的污水和空气，控制污水流量为12l/h，空气进气量为1.2l/h，从溶气泵1出水口流出后进入溶气罐2中；

3)调整压力控制阀6，溶气罐2内的压力达到0.5mpa时，开启进水流量调节阀4，使经过溶气处理的污水进入降解反应器3中，同时，适时调整压力控制阀6，使溶气罐2中的压力稳定在0.45～0.55mpa；降解反应器3中的水位达到污染物降解区31最顶部高度时，打开出水流量调节阀5，通过进水流量调节阀4和出水流量调节阀5调整进水和出水量，使污水在降解反应器3内的液面保持稳定，基本与污染物降解区31的最顶部持平；

4)降解反应器3中经过溶气处理的污水会溶出气体，在污染物降解区31形成气液混合层，此时根据气液混合层的实际高度，不断调整压力控制阀6，使得降解反应器3中形成的气液混合层的高度稳定在80～100mm范围内，优选是90mm左右的高度，当污水上部形成的气液混合层厚度稳定后，开始准备光降解处理；通过进水流量调节阀4调节进水流量，并通过出水流量调节阀5调节出水流量，还可以使降解反应器3的进水流量和出水流量相等，一方面可使得降解反应器3内的液位(即总物料的高度)保持稳定在210～240mm，另一方面，还可以调节污水在降解反应器3内的水力停留时间，以获得可使污染物充分降解的水力停留时间；

在稳定运行时，降解反应器3中形成的气液混合层的高度稳定为85～95mm，下部污水层的高度为150～160mm，总高度为240mm左右，基本与污染物降解区31的最顶部持平；

5)之后利用污染物降解区31内的紫外光源7对气液混合层进行紫外照射，以降解气液混合层中的表面活性污染物sds。紫外光源7开启后，气液混合层中富集的sds开始降解，这时气液混合层高度会发生变化，通常是高度变低，若气液混合层的高度低于80mm，需要重新调整压力控制阀6，通过提高溶气罐2中的压力，以提高气液混合层的高度。若仅靠调整压力控制阀6无法使气液混合层满足高于80mm的要求，可再调节进水流量调节阀4和出水流量调节阀5，缩短系统的水力停留时间，使气液混合层的高度满足要求，本实施例在试验过程中气液混合层的高度维持在85～95mm。

本发明进行了不同条件下的试验，试验条件及结果如表1所示。

表1开启溶气系统与否对含sds污水的cod去除效果

在水力停留时间为120min，还进行了开启溶气系统但未调整气液混合层高度的处理试验，在试验过程中气液混合层高度不稳定，此处理cod去除率为72.1％，明显低于本实施例的处理效果。

由上表可见，在水力停留时间为90-150min时，利用本实施例方法可以显著提高含表面活性污染物sds的处理效果，实现90％以上的cod去除率。

实施例3

参照实施例2，本实施例以含十二烷基苯磺酸钠(sdbs)的污水为处理对象，进行了降解处理试验。

处理的污水中sdbs的浓度为10mg/l，温度：25℃左右。本实施例采用的降解反应器的外形尺寸为350×150×300mm，污水容积为12.6l，紫外光源为25w的低压汞灯。

同样，在稳定运行时，降解反应器3中形成的气液混合层的高度稳定为85～95mm，下部污水层的高度为150～160mm，总高度为240mm左右，基本与污染物降解区31的最顶部持平。

本发明进行了不同条件下的试验，试验条件及结果如表2所示。

表2开启溶气系统与否对含sdbs污水的cod去除效果

由表2可见，在水力停留时间为90-150min时，利用本发明方法可以提高含表面活性污染物sdbs的处理效果，实现94％以上的cod去除率。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。