一种二噁烷废水处理系统、方法和气泡发生器制备方法与流程

1.本发明涉及水污染控制技术领域，具体是一种二噁烷废水处理系统。


背景技术：

2.二噁烷是一种持久性杂环有机物，被广泛地用作溶剂、乳化剂、去垢剂等溶剂稳定剂，常用于农药、医药产品、染料、乙酸纤维素、树脂、植物油、矿物油等特殊精细化学品制造中，也用于油漆、清漆、增塑剂、润湿剂、香料等生产过程。二噁烷是亲水的，由于其结构上的两个氧原子，在水中溶解度大，易导致了地下水和土壤污染，世界各地发生过数起生活饮用水水源二噁烷污染事故。二噁烷通过吸入、食入、经皮吸收进入体内。有麻醉和刺激作用，在体内有蓄积作用。接触大量蒸气引起眼和上呼吸道刺激，伴有头晕、头痛、嗜睡、恶心、呕吐等。可致肝、皮肤损害，甚至发生尿毒症。对皮肤、眼部和呼吸系统有刺激性，并可能对肝、肾和神经系统造成损害，急性中毒时可能导致死亡，已被美国列为致癌物质。
3.目前受到二噁烷污染的水和土壤的处理方法主要是光化学降解法，例如，通过uv/h2o2和o3/h2o2系统，以及通过亚铁进行化学分解。虽然这些方法对二噁烷的降解效率较高，但是这些方法也存在能耗都较高、h2o2的价格较为昂贵且储运难度较大、运用亚铁进行化学分解的方法易造成水中铁离子的残留或后续污泥处置等问题。因此迫切需要一种对二噁烷降解效率较高，又经济环保的方法。。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的不足，本发明提供一种二噁烷废水处理系统、方法和气泡
5.发生器制备方法。
6.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
7.根据本发明的一个方面，提供一种含二噁烷废水处理系统，包括反应槽，所述反应槽内设有纳米气泡发生器和紫外灯；
8.所述反应槽内盛放有含二噁烷废水，所述紫外灯距离水面的距离为 6.5
‑
10.5cm；
9.所述纳米气泡发生器，所述纳米气泡发生器包括陶瓷纳米管，所述陶瓷纳米管的端部设有盖板，所述盖板上设有进气管，所述进气管通过气体输送管连接有气源；
10.所述盖板和/或陶瓷纳米管由不透水的致密陶瓷材料制成，所述盖板和/或陶瓷纳米管上涂覆有疏水性多孔基膜，所述陶瓷纳米管的管壁和/或盖板上分布有若干可透过气体的微孔，所述微孔的孔径不大于100nm。所述的疏水性多孔基膜的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、尼龙、纤维素、聚醚砜中的一种或两种以上(包括两种)，优选的，疏水性多孔基膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜或者聚偏氟乙烯微孔膜。
11.进一步的，所述气源包括至少一个储气罐；
12.所述陶瓷纳米管的端部设有第一进气管，所述第一进气管通过气体输送管与储气罐连通，所述气体输送管上连接有阀门、气压计、气体流量调节计。
13.进一步的，所述陶瓷纳米管内套设有若干环形内管，所述内管的外缘敞口，所述内管的外缘与陶瓷纳米管连接，所述内管的内缘密封并设有若干进气连接管，
14.所述陶瓷纳米管内套设有输气管，所述进气连接管与输气管连通，所述输气管由陶瓷纳米管的端部伸出并设有第二进气管，所述第二进气管通过气体输送管与另一个储气罐连通，所述气体输送管上连接有阀门、气压计、气体流量调节计。
15.进一步的，所述陶瓷纳米管内轴向设有隔板，所述隔板将陶瓷纳米管分隔为两个储气空间，每个所述储气空间均连接有第一进气管。
16.进一步的，所述反应槽内设有用于安装紫外灯的安装支架，所述安装支架的高度可调。
17.进一步的，所述反应槽上设有进液口和出液口，所述进液口上连接有动力装置和预过滤装置。
18.进一步的，所述储气罐内的压力为420
‑
500kpa。
19.进一步的，所述陶瓷纳米管的壁厚为4
‑
8mm，长度为40
‑
60mm。
20.根据本发明的另一个方面，提供一种含二噁烷废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
21.将纳米气泡发生器放置在含二噁烷废水的反应槽中，向反应槽中注入含二噁烷废水，反应槽的溶液上方6.5
‑
10.5cm处放置紫外灯进行紫外照射，紫外灯的波长为350
‑
400nm；
22.将气体从覆有涂层的陶瓷纳米管的两端注入，然后气体从覆有涂层的陶瓷纳米管表面微孔中扩散出来进入液体介质中，陶瓷纳米管内的气体流量控制在 0.4
‑
0.6l/min；
23.持续反应时间为100
‑
150min，将处理后的含二噁烷废水排出反应槽。
24.根据本发明的一个方面，提供一种气泡发生器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
25.(1)将陶瓷纳米管或者连接有端盖的陶瓷纳米管进行25
‑
45min的超声处理，以去除表面附着的污染物，超声处理完毕后用水进行清洗，若陶瓷纳米管上未连接有端盖，则在陶瓷纳米管两端装设橡胶帽；
26.(2)将陶瓷纳米管至于盛有表面涂层材料的溶液中40
‑
56h，所述表面涂层材料中含有疏水性分子；
27.(3)从盛有表面涂层材料的溶液取出陶瓷纳米管后，用去离子水和乙醇清洗，去除在陶瓷纳米管表面吸附的过多的涂层溶液；
28.(4)将陶瓷纳米管置于55
‑
65℃的真空条件下干20
‑
28h，即得。
29.对比与现有技术，本发明有益效果在于：
30.1.本发明将纳米气泡和紫外照射充分结合起来，将纳米气泡技术与紫外线技术充分结合起来，nbs/uv产生大量羟基自由基
·
oh、过氧化物，可提高其对污染物的氧化速率，有效去除废水中的二噁烷，提高了二噁烷的去除效率，同时做到节能降耗，经济安全环保；
31.2.本发明占地小，工艺流程简单，操作方便，能够便于自动化控制。
32.3.本发明含二噁烷废水处理方法，将纳米气泡和紫外照射结合起来，利用 nbs/uv产生大量羟基自由基
·
oh、过氧化物，氧化速率和氧化效率高的特点，对水中的二噁烷进行氧化从而达到去除的目的，有效解决二噁烷废水处理的难题，对二噁烷降解效率较高，且经
济环保。
33.4.本发明气泡发生器制备方法所使用的制备设备简单、生产成本较低，方便可以控制产生纳米气泡尺寸和产生的纳米气泡数量，制备纳米气泡的纳米气泡发生器是一个涂覆有疏水官能团表层的陶瓷纳米管，产生的纳米气泡可应用到水处理以及净化领域。
附图说明
34.图1是本发明的结构示意图；
35.图2是陶瓷纳米管的一种结构示意图；
36.图3是陶瓷纳米管一种结构的径向剖视图；
37.图4是陶瓷纳米管一种结构的纵向剖视图；
38.图5是图2的扫描电镜图；
39.图6是陶瓷纳米管另一种结构示意图；
40.图7是是陶瓷纳米管另一种结构的径向剖视图，
41.图8为本发明实施1废水处理效果图。
42.其中，1
‑
反应槽，11
‑
动力装置，12
‑
预过滤装置，2
‑
纳米气泡发生器，3
‑
紫外灯，31
‑
安装支架，4
‑
陶瓷纳米管，5
‑
储气罐，51
‑
第一进气管，52
‑
气体输送管， 53
‑
阀门，54
‑
气压计，55
‑
气体流量调节计，6
‑
环形内管，61
‑
进气连接管，62
‑
输气管，63
‑
第二进气管。
具体实施方式
43.结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
44.实施例1
45.一种含二噁烷废水处理系统，包括反应槽1，所述反应槽1上设有进液口和出液口，所述进液口上连接有动力装置11和预过滤装置12。所述反应槽1内设有纳米气泡发生器2和紫外灯3；
46.所述反应槽1内盛放有含二噁烷废水，所述紫外灯3距离水面的距离为 6.5
‑
10.5cm，所述反应槽1内设有用于安装紫外灯3的安装支架31，所述安装支架31的高度可调，根据反应槽1内的水位高度调节紫外灯3的位置。
47.所述纳米气泡发生器2，所述纳米气泡发生器2包括陶瓷纳米管4，本实施例中，所述陶瓷纳米管4的壁厚为4
‑
8mm，长度为40
‑
60mm。所述陶瓷纳米管 4的端部设有盖板，所述盖板上设有进气管，所述进气管通过气体输送管52连接有气源；所述气源包括至少一个储气罐5；所述储气罐5内的压力为 420
‑
500kpa。
48.所述盖板和/或陶瓷纳米管4由不透水的致密陶瓷材料制成，所述盖板和/或陶瓷纳米管4上涂覆有疏水性多孔基膜，疏水性多孔基膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜或者聚偏氟乙烯微孔膜，所述陶瓷纳米管4的管壁和/或盖板上分布有若干可透过气体的微孔，所述微孔的孔径不大于100nm。
49.所述陶瓷纳米管4的端部设有第一进气管51，所述第一进气管51通过气体输送管
52与储气罐5连通，所述气体输送管52上连接有阀门53、气压计54、气体流量调节计55。气压计54用于观察储气罐5内气压，通过气压计54和气体流量计来控制输出气体的大小，气体流量调节计55用于控制注入纳米气泡发生器2中的气体流量，控制气体流量在0.30
‑
0.50l/min。作为一种可选方案，所述陶瓷纳米管4的端部设有橡胶帽(图中未示出)，所述第一进气管51、第二进气管63位于橡胶帽上。
50.作为可选方案，所述陶瓷纳米管4内套设有若干环形内管6，所述环形内管 6的长度为陶瓷纳米管4的1/5
‑
1/4，所述内管的外缘敞口，所述内管的外缘与陶瓷纳米管4连接，所述内管的内缘密封并设有若干进气连接管61，所述陶瓷纳米管4内套设有输气管62，所述进气连接管61与输气管62连通，所述输气管 62由陶瓷纳米管4的端部伸出并设有第二进气管63，所述第二进气管63通过气体输送管52与另一个储气罐5连通，所述气体输送管52上连接有阀门53、气压计54、气体流量调节计55。或者，所述陶瓷纳米管4内轴向设有隔板(图中未示出)，所述隔板将陶瓷纳米管4分隔为两个储气空间，每个所述储气空间均连接有第一进气管51，目的是将空气与氧气、氮气分隔后同时通入反应槽1 内，轴向分隔有利于气体在反应槽1内均匀扩散，增加反应效率。
51.所述反应槽1上设有进液口和出液口，所述进液口上连接有动力装置11和预过滤装置12。如图1所示含有二噁烷的原水经动力装置11输送，经过预过滤系统除去水中的可溶性杂质后进入反应槽1，控制进水流量为660m3/h，反应槽 1中有纳米气泡发生器2以及紫外灯3，持续反应时间为120min。将纳米气泡技术与紫外线技术充分结合起来，含二噁烷废水处理系统(nbs/uv)产生大量羟基自由基
·
oh、过氧化物，可提高其对污染物的氧化速率，有效去除废水中的二噁烷。
52.如附图2所示：用于制备纳米气泡的纳米气泡发生器2是一个涂覆有疏水官能团表层的陶瓷纳米管4，陶瓷纳米管4的表面分布有若干个纳米级微孔，孔径不大于100nm。将气体从覆有涂层的陶瓷纳米管4的两端注入，然后气体从覆有涂层的陶瓷纳米管4表面纳米级微孔中扩散出来，产生需要的纳米气泡产生需要的纳米气泡进入液体介质中。
53.本实施例提供一种应用上述含二噁烷废水处理系统的，含二噁烷废水处理方法，包括以下步骤：
54.步骤1：将纳米气泡发生器放置在含二噁烷废水的反应槽中，向反应槽中注入含二噁烷废水，反应槽的溶液上方6.5
‑
10.5cm处放置紫外灯进行紫外照射，紫外灯的波长为350
‑
400nm；，优选的，二噁烷废水的溶液上方8.5cm处放置紫外灯进行紫外照射，采用的紫外灯的波长为365nm。
55.步骤2：将气体从覆有涂层的陶瓷纳米管的两端注入，然后气体从覆有涂层的陶瓷纳米管表面微孔中扩散出来形成纳米气泡进入液体介质中，陶瓷纳米管内的气体流量控制在0.4
‑
0.6l/min，优选为0.45l/min；如附图2所示：本实施例中用于制备纳米气泡的纳米气泡发生器是一个涂覆有疏水官能团表层的陶瓷纳米管，陶瓷纳米管的表面分布有若干个纳米级微孔，孔径大小为100nm。将气体从覆有涂层的陶瓷纳米管的两端注入，然后气体从覆有涂层的陶瓷纳米管 (6)表面纳米级微孔中扩散出来，产生需要的纳米气泡产生需要的纳米气泡进入液体介质(5)中。
56.步骤3：持续反应时间为100
‑
150min，优选为120min，将处理后的含二噁烷废水排出反应槽。
57.实施例1的实施效果：如图1所示原水经动力装置输送，经过预过滤系统除去水中的可溶性杂质后进入反应槽，控制进水流量为660m3/h，反应槽中有纳米气泡发生器以及紫外灯。
58.并通过阀门和气压计对注入陶瓷纳米管的气体进行压力调节，控制气体压力在420kpa。通过气体流量调节计将气体流量控制在0.45l/min。纳米气泡发生器放置在含二噁烷废水的容器中，二噁烷废水的容器中溶液上方8.5cm处放置紫外灯进行紫外照射，采用的紫外灯的波长为365nm，持续反应时间为 100
‑
150min，将处理后的含二噁烷废水排出反应槽。取样检测，3份中原水含有的二噁烷为50mg/l，运用本实施例废水处理装置(nbs/uv)进行处理120min，每隔30min取样一次，对二噁烷的浓度进行测试。实施效果如附图5所示， nbs/uv对二噁烷的降解效果明显，反应120min后二噁烷浓度50mg/l降至 25mg/l。
59.本实施例提供一种上述气泡发生器制备方法，包括以下步骤：
60.步骤(1)将陶瓷纳米管或者连接有端盖的陶瓷纳米管进行25
‑
45min的超声处理，优选为30min，以去除表面附着的污染物，超声处理完毕后用水进行清洗，若陶瓷纳米管上未连接有端盖，则在陶瓷纳米管两端装设橡胶帽；
61.步骤(2)将陶瓷纳米管至于盛有表面涂层材料的溶液中40
‑
56h，优选为48h，所述表面涂层材料中含有疏水性分子；
62.步骤(3)从盛有表面涂层材料的溶液取出陶瓷纳米管后，用去离子水和乙醇清洗，去除在陶瓷纳米管表面吸附的过多的涂层溶液；
63.步骤(4)将陶瓷纳米管置于55
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65℃的真空条件下干20
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28h，优选为。将陶瓷纳米管置于60℃的真空条件下干燥24h，即得。本发明气泡发生器制备方法所使用的制备设备简单、生产成本较低，方便可以控制产生纳米气泡尺寸和产生的纳米气泡数量，制备纳米气泡的纳米气泡发生器是一个涂覆有疏水官能团表层的陶瓷纳米管，产生的纳米气泡可应用到水处理以及净化领域。
64.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能。