一种紫外光催化臭氧氧化废水中有机物的装置及方法与流程

本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种紫外光催化臭氧氧化废水中有机物的装置及方法。
背景技术：
：随着近代工业的迅速发展，各种难降解有机废水日益增多，这些废水普遍存在污染物浓度高、毒性大及可生化性差的特点，严重污染水体环境，危害人体健康。传统的物化及生化处理后，废水中仍含大量有毒、生物难降解的有机污染物，无法满足排放标准，需要进一步深度处理才能达标排放。因此，开发工业废水深废处理技术对节水减排和环境保护意义重大。针对这类难降解有机废水，国内外现有的处理技术包括生物降解、混凝、吸附、膜分离以及高级氧化技术等。生物法处理速度慢，需要较大处理空间，且对入水要求高，出水不够稳定，对于一些难降解有机物去除效率低。混凝法对亲水性污染物和小分子有机物去除效率低。吸附法对污染物有一定的选择性，且需要吸附剂再生，存在二次污染问题。膜技术能够有效去除水中大部分污染物，但是浓水处理问题和膜污染问題制约该技术在废水处理方面的应用。高级氧化技术利用产生的氧化能力很强的羟基自由基氧化水中污染物，使其经过一系列中间过程，最终生成二氧化碳和其它无机离子。高级氧化技术包括臭氧催化氧化、光催化氧化、fenton氧化、电化学氧化、超声空化以及超临界氧化等。紫外光催化臭氧氧化技术作为一种反应条件温和，去除效率高、且无二次污染的高级氧化技术，逐渐成为研究热点。紫外光催化臭氧氧化技术是利用紫外光和臭氧的催化作用使臭氧能迅速高效的转化成氧化能力更强的羟基自由基，这技术己被用于许多废气处理中，例如中国专利201510191175.x，201510191674.9，201610044700.x，201720466335.1，201721338682.2，201821224418.0，但在废水处理中紫外光催化臭氧氧化技术就比较少见，因为这需要使臭氧先溶入水中，再和紫外光照射下产生羟基自由基，才能和水中的有机物进行反应，如果设计不良，其效果就不明显。中国专利201520434096.2虽然提供了一种臭氧紫外光双氧水复合反应装置，但其臭氧和水的混合用曝气方式，其效果不佳，而其对紫外的均匀照射并没有很好的考虑，对于紫外灯的波长也没有更多的考虑，只有真空段紫外灯的波长才能将空气中的氧气转换回臭氧和羟基自由基。因此，本领域的技术人员致力于开发一种紫外光催化臭氧氧化废水中有机物的装置及方法，提高臭氧与废水中有机物的接触面积，提升紫外线催化臭氧产生羟基自由基的氧化能力，从而使废水中有机物得到最大程度的氧化降解，提高了效率，降低了能耗。技术实现要素：有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提高臭氧与废水中有机物的接触面积，提升紫外线催化臭氧产生羟基自由基的氧化能力，从而使废水中有机物得到最大程度的氧化降解，从而提升废水中有机物降解的速度和效率。为实现上述目的，本发明提供了一种紫外光催化臭氧氧化废水中有机物的装置，包括进液泵、文丘里射流器、臭氧机、反应罐、雾化喷嘴和紫外灯组件；所述进液泵的进口与所述反应罐的出口相连通，所述进液泵的出口与所述文丘里射流器的第一进口相连通，所述文丘里射流器的第二进口与所述臭氧机的出口相连通，所述文丘里射流器的出口与所述雾化喷嘴相连通，所述雾化喷嘴和所述紫外灯组件均设置在所述反应罐内。进一步地，所述装置还包括转子流量计，所述转子流量计设置在所述雾化喷嘴和所述文丘里射流器之间。进一步地，所述雾化喷嘴垂直安装于所述反应罐顶部，安装位置高于所述反应罐中液体的液位。进一步地，所述紫外灯组件与所述雾化喷嘴平行设置，安装位置高于所述反应罐中液体的液位。进一步地，所述紫外灯组件包括紫外灯和紫外光反射罩，所述紫外光反射罩罩在所述紫外灯上方，所述紫外灯反射罩与所述紫外灯固定连接或者可拆卸连接。进一步地，所述紫外灯组件的紫外波长设置为100～200nm。进一步地，所述进液泵包括进口阀门和出口阀门，所述进口阀门设置在所述进液泵与所述反应罐之间，所述出口阀门设置在所述进液泵与所述文丘里射流器之间。进一步地，所述反应罐内壁材料为反射紫外光线材料。本发明还公开了一种紫外光催化臭氧氧化废水中有机物的方法，包括以下步骤：步骤1、打开进液泵、臭氧机和紫外灯，设定所述臭氧机和所述紫外灯的工作参数，等待装置的工作状态达到稳定；步骤2、打开所述进液泵的进口阀门和出口阀门，所述进液泵会向文丘里射流器泵入反应罐中的废水，所述废水经过所述文丘里射流器时，会同时吸入所述臭氧机中产生的臭氧气体，所述废水和所述臭氧气体经过所述文丘里射流器后混合得到气液混合物，所述气液混合物经过雾化喷嘴时被雾化；步骤3、被雾化的气液混合物中的臭氧在所述紫外灯的催化下生成羟基自由基，将所述废水中有机物氧化为二氧化碳和无机离子；步骤4、等待一定反应时间后，测试所述废水中有机物的含量；若所述废水中有机物含量低于排放标准，则可停止反应，排放废水；若所述废水中有机物含量高于排放标准，则继续反应，直到所述废水中有机物含量低于排放标准。进一步地，所述步骤4中所述反应时间大于1min。相对于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：1、通过文丘里射流器，将废水与臭氧进行充分气液混合，从而使得水中的臭氧浓度大幅升高。2、气液混合物经过雾化喷嘴，形成雾状水滴，从而增大了臭氧与水接触的比表面积，提升了与有机物的接触比例；并且增加了臭氧与紫外光的反应面积，大幅提高了羟基自由基的产量。3、雾状水滴中的臭氧与带有紫外反射罩的高强度真空段紫外灯发射的强紫外线接触，可以迅速催化产生大量的羟基自由基，在羟基自由基的强氧化性下有机物快速被氧化为二氧化碳和无机离子，从而更高效地氧化和降解有机物。4、臭氧氧化分解后的产生的氧气经过高强度真空段紫外灯照射，又能重新转换成臭氧和羟基自由基，提高了臭氧的利用率。5、本发明装置可多次循环直到废水中有机物低于排放标准，运行成本低且效率高。以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。附图说明图1是本发明的一个较佳实施例一种紫外光催化臭氧氧化废水中有机物的装置及工艺流程示意图。其中：1-进液泵，2-文丘里射流器，3-转子流量计，4-臭氧机，5-反应罐，6-雾化喷嘴，7-紫外灯组件，8-进口阀门，9-出口阀门。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。本发明的原理是废水与臭氧发生器产生的臭氧通过文丘里射流器的方式混合，形成富含臭氧的气液混合物，接着进入反应罐内，通过雾化喷嘴形成雾状水滴，使得臭氧与水中的有机物接触概率大大增加。富含臭氧的雾状水滴与罐内的带有紫外反射罩的高强度真空段紫外灯照射，在紫外灯的催化作用下，产生大量的羟基自由基，使得水中的有机物被氧化分解，从而达到去除水中有机物的目的。实施例1如图1所示，一种紫外光催化臭氧氧化废水中有机物的装置，包括进液泵1，文丘里射流器2，转子流量计3，臭氧机4，反应罐5，雾化喷嘴6和紫外灯组件7。进液泵1的进口与反应罐5的出口相连通，进液泵1的出口与文丘里射流器2的第一进口相连通，文丘里射流器2的第二进口与臭氧机4的出口相连通，文丘里射流器2的出口与转子流量计3相联通，转子流量计3与雾化喷嘴6相连通，雾化喷嘴6和紫外灯组件7均设置在反应罐5内。进液泵1包括进口阀门8和出口阀门9，进口阀门8设置在进液泵1与反应罐5之间，出口阀门9设置在进液泵1与文丘里射流器2之间。臭氧机4可以设置臭氧产生的速率，使臭氧在废水中的溶解度达到饱和状态。雾化喷嘴6垂直安装于反应罐5顶部，安装位置高于反应罐5中液体的液位，雾化喷嘴6被配置为将气液混合物雾化，形成雾状水滴，从而增大了臭氧与水接触的比表面积，提升了与有机物的接触比例。紫外灯组件7与雾化喷嘴6平行设置，紫外灯管7的安装位置高于反应罐5中液体的液位。紫外灯组件7包括紫外灯和紫外光反射罩，紫外光反射罩罩在紫外灯上方，紫外灯反射罩与紫外灯固定连接或者可拆卸连接。紫外灯组件7的紫外波长为100～200nm，可以迅速催化臭氧氧化产生大量的羟基自由基，在羟基自由基的强氧化性下有机物快速被氧化为二氧化碳和无机离子，从而更高效地氧化和降解有机物。反应罐5内壁材料为反射紫外光线材料。实施例2在紫外催化反应区有无紫外线反射罩的对比实验：在直径20cm，长度50cm的紫外催化反应圆筒中央放置一根直径为3cm，长度为20cm的紫外灯管，将紫外灯管的紫外波长设置在100～200nm之间；将紫外线为254nm波长的强度仪放在紫外灯管和反应圆筒的中间，对比有紫外光反射罩和无反射罩下紫外线强度的分布情况(0度代表紫外线254nm波长的强度仪正对着紫外灯，每90度做一次测量，180度时紫外光强度仪背对灯管)，其数据见表1：表1有无紫外线反射罩的紫外线强度紫外强度(uw/cm2)0度90度180度270度无紫外光反射罩49727.3115.8有紫外光反射罩6962861316935由表1可知，在有紫外光反射罩的情况下紫外线的分布更均匀同时强度也有所增加，有紫外光反射罩的情况下会使紫外光催化臭氧的效率大幅提高。实施例3通过使用实施例1中的臭氧氧化装置对0.015％的亚甲基蓝溶液进行测试，在相同的条件下对比臭氧，臭氧+紫外，臭氧+紫外+紫外反射罩下有机物的除去率情况，其数据见表2：表2：在不同反应时间内，分别在臭氧，臭氧+紫外，臭氧+紫外+紫外反射罩条件下亚甲基蓝的去除率由表2可知，在臭氧+紫外灯+紫外反射罩的情况下，亚甲基蓝的除去率最高，可见本发明能够有效提高紫外光催化臭氧氧化的效率，使反应时间大幅减少，提升了效率，降低了成本。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本
技术领域：
中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。当前第1页12