CN106554114A - 一种过氧化氢‑臭氧‑紫外线联合处理偏二甲肼污水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种偏二甲肼污水的过氧化氢‑臭氧‑紫外线联合处理方法，该方法是将偏二甲肼污水与过氧化氢按照物质的量比4:1~6:1混合，使用氧气鼓气搅拌预处理24小时后，使用臭氧和紫外线进行氧化处理，经过氧化处理后的偏二甲肼的降解率可达99.999%以上，处理后的产物符合国家航天推进剂水污染物排放标准的要求。本发明提供的一种处理的偏二甲肼污水方法，该方法效率高、处理彻底、经济性好、能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种过氧化氢-臭氧-紫外线联合处理偏二甲肼污水的方法。
技术背景
偏二甲肼（UDMH）因其高稳定性、高燃烧热值和高比冲的特点，广泛应用于导弹和航天领域，随着我国航天和卫星事业的快速发展，在偏二甲肼生产、运输和使用过程中，会产生大量的偏二甲肼污水。在污水氧化过程中产生的偏腙、四甲基四氮烯、亚硝基二甲胺、甲醛等，具有较高的毒性和稳定性，且具有致癌性和致突变性。如果偏二甲肼污水处理不及时或处理不完全，将对环境和人体造成较大危害。在本发明以前的国内外现有技术中对该污水的处理方法主要有：（1）自然降解法：即将偏二甲肼污水在阳光的照射下和空气自然氧化作用下，存放一段时间，污水中的主要有害成分可缓慢降解，时间需要大约半年，该方法反应速度慢、需要时间长，而且需要太阳照射，否则无法使用。（2）化学氧化法：即采用化学氧化剂如高锰酸钾、过氧化氢、次氯酸钠、漂白粉或二氧化氯等，利用氧化还原反应将污水中的还原性物质分解掉。但在处理过程中产生的中间产物亚硝基二甲胺是毒性很大的物质，并且很难除去。（3）物理吸附法：即采用活性炭、硅藻土、活性三氧化二铝或硅胶等吸附剂，将污水中的有害物分子吸附到其表面上，吸附剂达到饱和时，可通过解吸使吸附剂再生，解吸后产生的物质还需进一步处理。（4）臭氧氧化法：即采用臭氧（O3）作为氧化剂使物质氧化，是高级氧化技术中的一种，但是在处理偏二甲肼污水的过程中，会出现剧毒氧化产物，且存在氧化成本高、氧化效率低的缺陷。
近年来发展出了臭氧-紫外线联合处理等高级氧化处理方法，可氧化分解许多难降解的有机物，在有机污水处理领域得到了广泛的研究和应用，但是，经国内外专利文献的检索，对于偏二甲肼这种毒性大、难降解的污水尚未发现采用类似方法的成功实例，也尚未发现采用过氧化氢预处理后，联合臭氧-紫外线氧化方法处理偏二甲肼污水的成功技术出现。
发明内容
根据上述偏二甲肼污水现有处理技术存在各类问题的现状，本发明的目的在于提供一种采用过氧化氢-臭氧-紫外线氧化处理偏二甲肼污水的新方法。
过氧化氢-臭氧-紫外线氧化技术属于高级氧化过程，其产物是无机小分子，处理彻底。在过氧化氢（H2O2）-臭氧（O3）-紫外线（UV）氧化体系中，其原理是：
首先，在过氧化氢预处理过程中。污水分子（偏二甲肼(CH3)2NNH2）与过氧化氢（H2O2）和氧气（O3）反应，同时过氧化氢会水解出高活性中间产物HO2 -参与反应，提供能量使偏二甲肼异构为(CH3)2N+=N-，进而发生一系列反应，生成偏腙和甲醛等易被偏二甲肼降解的中间产物。
在联合氧化处理过程中，反应体系中存在过氧化氢、臭氧、紫外线和偏二甲肼、偏腙、甲醛、偏二甲肼异构体(CH3)2N+=N-等反应物。
在反应体系中，首先，臭氧（O3）与污水分子发生反应，反应存在两种途径。
（1）直接反应，分子臭氧通过亲核作用或亲电作用直接参与反应。
（2）间接反应，水中臭氧在紫外线和过氧化氢等因素作用下分解产生自由基，主要是羟基自由基（OH·）与反应物反应。
同时，紫外线的活化作用能够使有机物直接得到降解，也可以改善有机物被过氧化氢、臭氧或由其产生的自由基氧化的能力。
另一方面，臭氧（O3）会与水溶液中的过氧化氢（H2O2）产生协同作用，显著加快臭氧分解产生羟基自由基（OH·），进而加快反应速率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
（1）首先将待处理的偏二甲肼污水加入反应器中，再将与偏二甲肼物质的量之比为4:1~6:1的过氧化氢加入污水中，形成混合溶液，使用碱性溶液调节溶液PH至其PH值在8.7~9.3范围内。
（2）将上述混合溶液调节好PH后，通入氧气，在常温条件下进行氧气鼓气搅拌预处理。
（3）将混合溶液氧气鼓气搅拌预处理24小时后，打开紫外灯，同时打开臭氧发生器，臭氧通过臭氧管路进入反应器，进行氧化处理。
（4）当检测到检测值达到GB14373-93航天推进剂水污染物排放标准时，将污水排出。
所述处理方法步骤（1）中污水溶液处理过程在常温条件下完成。
所述步骤（1）中加入的过氧化氢溶液，过氧化氢与偏二甲肼的物质的量的比值为4:1~6:1，最佳物质的量比值为5:1。
在使用臭氧和紫外线氧化处理之前，使用过氧化氢进行预处理，可以有效防止氧化过程中副反应的发生。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.处理彻底、效率高，偏二甲肼降解率高。对于质量分数为1%的偏二甲肼污水，在偏二甲肼污水经过过氧化氢鼓气搅拌预处理后，污水中偏二甲肼的去除率达到99.30%以上。在联合氧化处理1小时后，偏二甲肼降解率可达99.999%以上，化学需氧量（COD）的去除率可达99.30%以上。也就是说，该反应体系中加入的过氧化氢预处理过程，不仅可以在预处理中单独氧化偏二甲肼，而且在与臭氧-紫外线的联合氧化过程中，也为臭氧和紫外线的氧化作用提供了促进作用。
2.处理中间产物少，无二次污染。将过氧化氢（H2O2）、臭氧（O3）、紫外线（UV）结合起来进行氧化降解处理，防止了过氧化和氧化不充分现象的发生，过氧化氢预处理过程有效减少了后续氧化过程中副反应的发生几率，提高了反应可靠性。
3.加快反应速度，降低处理成本。经过过氧化氢预处理的污水，再进行臭氧-紫外处理时间比经典的臭氧-紫外处理方法要缩短70%的时间，能耗大幅降低。
4.使用的仪器和原料来源广、成本低，在偏二甲肼污水处理过程中使用的臭氧发生器、紫外灯管、过氧化氢、氧气均为市场成熟产品，价格低廉，购买方便，技术成熟，经济环保，进一步降低了污水处理的成本。
具体实施方式
实施例1
以实现处理浓度为1%、一次处理量为18L的偏二甲肼污水为例。
氧气钢瓶充装工业氧气，压力P≤15MPa，所述氧气为纯度大于99.9%的氧气。
臭氧发生器为领域内常用的高压放电式臭氧发生器，氧气源产量为20g/h。
操作步骤：
（1）加注污水：从污水入口向不锈钢反应器中加注污水。
（2）加注过氧化氢：从污水入口向不锈钢反应器中加注过氧化氢，过氧化氢与偏二甲肼的物质的量的比值为6:1，调节PH至9.3，打开氧气钢瓶，通过氧气管路为反应器鼓入氧气。
（3）打开紫外灯管，该紫外灯管为一根功率120W的真空紫外（VUV）灯管（波长185nm）和一根功率120W的UV-C波段紫外灯管（波长254nm）的组合体。
（4）氧化处理：打开臭氧发生器，臭氧产量20g/h，臭氧通过臭氧管路进入反应器，进入氧化处理过程，该氧化处理过程为臭氧-紫外线的共同作用。
排出污水时的检测值达到污水排放标准。
上述处理方法步骤中鼓气搅拌预处理具体过程为：将氧气钢瓶1中的气体通过减压阀调节压力至流量为约1L/min，气体通过曝气盘后，将被分割成气泡，利用这些气泡通过偏二甲肼污水与过氧化氢混合后的液体时产生的振荡和搅拌作用，将混合溶液中的偏二甲肼分子和过氧化氢分子充分搅拌反应，这种作用在整个氧化处理过程中一直存在。
实施例2
以实现处理浓度为1%、一次处理量为18L的偏二甲肼污水为例。
氧气钢瓶充装工业氧气，压力P≤15MPa，所述氧气为纯度大于99.9%的氧气。
臭氧发生器为领域内常用的高压放电式臭氧发生器，氧气源产量为20g/h。
操作步骤：
（1）加注污水：从污水入口向不锈钢反应器中加注污水。
（2）加注过氧化氢：从污水入口向不锈钢反应器中加注过氧化氢，过氧化氢与偏二甲肼的物质的量的比值为4:1，调节PH至8.7，打开氧气钢瓶，通过氧气管路为反应器鼓入氧气。
（3）打开紫外灯管，该紫外灯管为一根功率120W的真空紫外（VUV）灯管（波长185nm）和一根功率120W的UV-C波段紫外灯管（波长254nm）的组合体。
（4）氧化处理：打开臭氧发生器4，臭氧产量20g/h，臭氧通过臭氧管路进入反应器，进入氧化处理过程，该氧化处理过程为臭氧-紫外线的共同作用。
排出污水时的检测值达到污水排放标准。
上述处理方法步骤中鼓气搅拌预处理具体过程为：将氧气钢瓶1中的气体通过减压阀调节压力至流量为约1L/min，气体通过曝气盘后，将被分割成气泡，利用这些气泡通过偏二甲肼污水与过氧化氢混合后的液体时产生的振荡和搅拌作用，将混合溶液中的偏二甲肼分子和过氧化氢分子充分搅拌反应，这种作用在整个氧化处理过程中一直存在。
实施例3
以实现处理浓度为1%、一次处理量为18L的偏二甲肼污水为例。
氧气钢瓶充装工业氧气，压力P≤15MPa，所述氧气为纯度大于99.9%的氧气。
臭氧发生器为领域内常用的高压放电式臭氧发生器，氧气源产量为20g/h。
操作步骤：
（1）加注污水：从污水入口向不锈钢反应器中加注污水。
（2）加注过氧化氢：从污水入口向不锈钢反应器中加注过氧化氢，过氧化氢与偏二甲肼的物质的量的比值为5:1，调节PH至9.0，打开氧气钢瓶，通过氧气管路为反应器鼓入氧气。
（3）打开紫外灯管，该紫外灯管为一根功率120W的真空紫外（VUV）灯管（波长185nm）和一根功率120W的UV-C波段紫外灯管（波长254nm）的组合体。
（4）氧化处理：打开臭氧发生器，臭氧产量20g/h，臭氧通过臭氧管路进入反应器，进入氧化处理过程，该氧化处理过程为臭氧-紫外线的共同作用。
排出污水时的检测值达到污水排放标准。
上述处理方法步骤中鼓气搅拌预处理具体过程为：将氧气钢瓶1中的气体通过减压阀调节压力至流量为约1L/min，气体通过曝气盘后，将被分割成气泡，利用这些气泡通过偏二甲肼污水与过氧化氢混合后的液体时产生的振荡和搅拌作用，将混合溶液中的偏二甲肼分子和过氧化氢分子充分搅拌反应，这种作用在整个氧化处理过程中一直存在。
Claims (2)
1.一种过氧化氢-臭氧-紫外线联合处理偏二甲肼污水的方法，是以过氧化氢为预处理剂和反应促进剂，以紫外线和臭氧为氧化剂，其特征在于：该方法的步骤如下：
1）加注污水：从污水入口向不锈钢反应器中加注污水；
2）加注过氧化氢：从污水入口向不锈钢反应器中加注过氧化氢，过氧化氢与偏二甲肼的物质的量的比值为4:1~6:1；混合后的溶液PH调节至8.7~9.3，打开氧气钢瓶，通过氧气管路向不锈钢反应器中鼓入氧气；
3）打开紫外灯管，同时打开臭氧发生器，臭氧通过臭氧管路进入反应器，在反应器中进行氧化处理。
2.如权利要求1所述的一种过氧化氢-臭氧-紫外线联合处理偏二甲肼污水的方法，其特征在于：所述步骤2）中氧气鼓气搅拌预处理具体过程为：将氧气钢瓶中的气体通过减压阀调节压力至流量为1L/min，气体通过曝气盘后，将被分割成气泡，利用这些气泡通过混合液体时产生的振荡和搅拌作用，将混合溶液中的偏二甲肼分子和过氧化氢分子充分搅拌反应，这种作用在整个氧化处理过程中一直存在。
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