一种高效利用臭氧气体进行水处理的方法技术

一种高效利用臭氧气体进行水处理的方法，使用一套气液混合反应装置，采用负压吸入物料和臭氧气体、并正压出料的工艺，极大地提高了臭氧气体中的臭氧与所述物料中的处理对象(饮用水中的细菌、污水中的有机物等)接触的概率，利用臭氧与处理对象一接触即可发生氧化反应的特性，从而实现了对臭氧的高效利用，基本实现了臭氧的零排放。

【技术实现步骤摘要】
一种高效利用臭氧气体进行水处理的方法
本专利技术属于水处理领域，具体涉及一种高效利用臭氧气体进行水处理的方法。
技术介绍
臭氧是氧气的一种同素异形体(CAS：10028-15-6)，化学式是O3，分子量为47.998，因其类似鱼腥的臭味而得名，常温下为淡蓝色气体。本文中的“臭氧气体”可以是纯净的臭氧，也可以是臭氧与其他气体(氧气、氮气等)的混合物。在工业上，由臭氧发生装置产生的臭氧气体，其中臭氧的体积百分比一般在21％以下。臭氧气体主要应用于水处理、食品加工、医疗卫生、化学反应等行业，可对水处理物料进行处理，其中所述水处理物料包括饮用水、饮料、污水、不饱和化合物等，例如：应用于饮用水、饮料的消毒和杀菌，以及生活污水、工业废水的净化处理；用于食品加工场所空气净化、食品存贮和保鲜；用于医疗场所空气净化及疾病治疗；用于化工和制药行业使有机不饱和化合物被氧化(双键断裂生成醛和酮)等。臭氧气体在饮用水处理过程中，主要是利用臭氧能够迅速融入细胞壁，破坏微生物的内部结构，对各种致病微生物有极强的杀灭作用，既可将水中的各种细菌繁殖体、芽孢、病毒、真菌和原虫胞体等多种微生物杀死，又能破坏肉毒杆菌和毒素及立克次氏体等，同时还具有很强的除霉、醒、臭等异味的功能。臭氧气体在生活污水、工业废水处理过程中，主要是利用臭氧极强的氧化能力，在室温下(甚至零度以下)就能够与废水中有机物迅速发生选择性氧化和定量氧化反应，使得有机物逐步分解为二氧化碳和水的特点。目前利用臭氧气体对物料进行处理的过程中，主要采用鼓泡法、喷射法和混合泵法等，使待处理物料中含有一定浓度的臭氧，并维持一定的反应时间(行业推荐的CT值为1.6，C为臭氧水溶浓度(mg/L)，T为反应时间(min)，实践中认为最经济的运行方案为臭氧水溶浓度0.4mg/L，反应时间4min)。鼓泡法是把臭氧发生器所产生的臭氧气体通过管道通入到氧化塔或氧化池的底部，经微空鼓泡器散发出微气泡，气泡在上升的过程中把臭氧溶解于水中。一般饮用水(含饮料等)处理采用的氧化塔鼓泡，其主要特征是设备庞大、结构复杂、鼓泡器材质要求高(使用钛材或刚玉)、气孔径要小以便产生微气泡，臭氧利用率低，一般为20-30％。喷射法是在高速水流作用下使得射流器气腔内形成负压，吸进臭氧气体，高速水流再把臭氧气体粉碎，形成微气泡而与水充分接触混合。采用喷射法的主要特征是投资规模大、运行成本高(需要大功率增压泵)、结构复杂(进气段设有双重或三重防倒流保护装置)，臭氧利用率低(一般为25-35％)。采用该法对饮用水进行处理，出水不可直接灌装，虽然臭氧溶入浓度达到规定的数值，但反应时间太短，影响杀菌效果，需要多次循环处理。混合泵法一般为涡流式，在泵内形成负压，吸气口吸入气体(或液体)，并通过多个叶轮的搅拌可以进行气-液、液-液混合。采用混合泵进行气液混合时一般要求气体比例约为10％，混合泵的混合效率最佳。混合泵不宜接在主路中，无法同时承担供水和混合两种功能，难以同时保证两种效果。采用混合泵工艺的臭氧利用率一般为30-40％。目前，文献和经验普遍认为，臭氧气体与所述水处理物料进行反应时，首先臭氧气体中的臭氧溶入液体中，其次臭氧在液体中与待处理物料中的处理对象接触，最后保证一定的接触时间，即可实现臭氧对物料进行处理的目的。因此，行业内一致认为，必须通过提高CT值来提高臭氧利用率。但实际上，臭氧气体很难溶于水，即使微量溶于水中(溶解臭氧达到2mg/L已经是高浓度)，臭氧又会在短时间内快速分解，大部分臭氧没有被有效利用。例如，在使用臭氧气体进行污水处理过程中，通常使用空气源生产的臭氧气体，其浓度约为50mg/L，在鼓泡(俗称曝气)时，在污水中没有与有机物相遇的臭氧，就随空气从污水中溢出。在臭氧气体处理池附近较大范围内，用湿润的KI试纸检测空气均能显色，但检测污水却不显色，说明臭氧在污水中溶入率非常低(与有机物接触的臭氧即时参与氧化反应而消耗，而没有与有机物接触的臭氧随空气从污水中快速溢出，所以用湿润的KI试纸检测污水不显色)、流失较多，利用率较低。例如，瓶装纯净水中合理的臭氧投放量为2.0mg/L时，即可满足杀菌保质要求，但实践中需要鼓入臭氧量高于8.0mg/L时，才能达到浓度需要，有将近3/4的臭氧流失了，利用率较低。自来水臭氧净化，国际常规标准为0.4mg/L的溶解度值即可，也就是说真正有效利用的仅为5％，绝大部分都浪费掉了。目前利用臭氧气体对水处理物料的处理过程中，主要存在以下问题：①臭氧气体在与所述水处理物料进行反应时利用率低：主要采用鼓泡、喷射以或其他手段将臭氧气体与所述水处理物料混合；但由于臭氧气体难溶于水，臭氧气体与所述吹处理物料混合效果欠佳，导致O3在实际使用中利用率通常小于25％；②臭氧气体排入环境中造成环境污染。针对上述问题，目前通常从以下三个方面加以改进：一是增强传质效果促进反应发生，例如采用小孔径气体分布器、高压细嘴喷射器，强化气液逆向流动、延长气体在液体中保留时间，使用多级“U”管，以及加以搅拌协同等，中国专利(CN201910626505.1)采用了多口、多阀连接及臭氧模块；中国专利(CN201520139291.2)采用臭氧气流逐步在后端缩小为一喷嘴，汽水混合液出水管的管径沿水流方向逐渐增大。这些不断改进手段，都是基于将臭氧气体以气泡的形式与液体进行强化接触，普遍都存在结构复杂，设备庞大，传质效果改进不明显，没能真正解决臭氧利用率低的技术难题。二是增加其他协同手段促进氧化反应的发生：国内专利(CN201420538487.4)利用紫外线、活性炭协同；国内专利(CN200810122388.7)采用臭氧与电化学一体化协同；国内专利(CN201510101137.0)采用紫外光耦合触媒臭氧协同；国内专利(CN201310355422.6)采用臭氧氧化与电离辐射协同；国内专利(CN201810809079.0)基于水力空化协同紫外强化臭氧化。多种技术手段协同使用，目的是为了提高O3与水处理物料的反应速度，但实际上只要O3能够接触到水处理物料的处理对象就可以快速反应，使用其他协同手段对提高反应速率的效果不明显，没有实质性解决O3利用率低的问题。三是提高O3尾气回收、处理水平：中国专利(CN2019108277161)采用活性炭和二氧化锰等催化剂实现对工业含臭氧废气的处理，但其设备结构复杂、庞大，且活性炭和二氧化锰使用后又成为污染物。中国专利(CN2017114804011)采用霍拉加特催化剂起到分解臭氧的作用，催化剂制作过程复杂，成本较高。美国人在中国申请的专利(CN2012800586623)通过控制或调节臭氧排出气流及回收系统，为了实现臭氧的吸附，基本上都采样庞大的塔式结构，并采用各种催化剂协同作用，投资和运行成本都较高。这些回收、处理O3的手段，都是因为无法提高O3利用率，不得已采用的补救措施，成本高昂。鼓泡法、喷射法和混合泵法等传统臭氧的气液混合方法中臭氧气体与物料混合时形成的气泡平均直径分别约为400μm、250μm和150μm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效利用臭氧气体进行水处理的方法，其特征在于：/n包括以下步骤：/nS1、提供一套气液混合反应装置，所述气液混合反应装置包括：/n进液管、进气管、分散泵组、泵后管、稳压罐、出料管和物料池；/n所述分散泵组包括至少一个分散泵，所述分散泵组的入口端连接所述进液管，出口端连接所述泵后管；/n所述进液管上设有一进液调节阀；所述进气管上设有一进气调节阀；所述进气管与所述进液管连通，连通处位于所述进液调节阀与所述分散泵组之间；/n所述稳压罐一端连接所述泵后管，另一端连接所述出料管的一端；/n所述出料管的另一端与所述物料池连通；所述出料管上设有出料调节阀；/n所述物料池与所述进液管连接，用于容纳物料；/nS2：将所述进液调节阀和所述出料调节阀全开，所述进气调节阀全关，开启所述分散泵组，所述物料在所述气液混合反应装置的回路中循环流动；/nS3：调节所述进液调节阀至所述分散泵组前达到负压；调节所述出料调节阀至所述稳压罐达到正压；/nS4：开启所述进气调节阀，使所述臭氧气体输入至所述分散泵组，所述臭氧气体中的臭氧与所述物料在所述分散泵组中混合并发生反应；/nS5：反应后的所述物料通过出料管进入所述物料池，重复S4；/nS6：到达反应终点，结束循环。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高效利用臭氧气体进行水处理的方法，其特征在于：
包括以下步骤：
S1、提供一套气液混合反应装置，所述气液混合反应装置包括：
进液管、进气管、分散泵组、泵后管、稳压罐、出料管和物料池；
所述分散泵组包括至少一个分散泵，所述分散泵组的入口端连接所述进液管，出口端连接所述泵后管；
所述进液管上设有一进液调节阀；所述进气管上设有一进气调节阀；所述进气管与所述进液管连通，连通处位于所述进液调节阀与所述分散泵组之间；
所述稳压罐一端连接所述泵后管，另一端连接所述出料管的一端；
所述出料管的另一端与所述物料池连通；所述出料管上设有出料调节阀；
所述物料池与所述进液管连接，用于容纳物料；
S2：将所述进液调节阀和所述出料调节阀全开，所述进气调节阀全关，开启所述分散泵组，所述物料在所述气液混合反应装置的回路中循环流动；
S3：调节所述进液调节阀至所述分散泵组前达到负压；调节所述出料调节阀至所述稳压罐达到正压；
S4：开启所述进气调节阀，使所述臭氧气体输入至所述分散泵组，所述臭氧气体中的臭氧与所述物料在所述分散泵组中混合并发生反应；
S5：反应后的所述物料通过出料管进入所述物料池，重复S4；
S6：到达反应终点，结束循环。


2.根据权利要求1所述的高效利用臭氧气体进行水处理的方法，其特征在于：
S3中缓慢关小所述进液调节阀直至分散泵组前的压力为(-0.07±0.03)MPa；待分散泵组前的压力稳定后，将所述出料调节阀缓慢关小，直至所述稳压罐的压力为(0.50±0.30)MPa。


3.根据权利要求1所述的高效利用臭氧气体进行水处理的方法，其特征在于：
S4中，待分散泵组前的压力和稳压罐中的压力稳定后，缓慢开启所述进气调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹志平，邹一，
申请(专利权)人：邹一，
类型：发明
国别省市：广东;44