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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201711062894.7(22)申请日2017.11.02(71)申请人南京大学地址210023江苏省南京市栖霞区仙林大道163号(72)发明人耿金菊 傅滢滢 任洪强 (74)专利代理机构北京栈桥知识产权代理事务所(普通合伙)11670代理人刘亚娟(51)Int.Cl.C02F9/14(2006.01)(54)发明名称一种臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法(57)摘要本发明公开了一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，属于污水净化处理技术领域，对人工甜味剂按照降解的难易程度进行分步处理，包括以下步骤：(1)使用微生物絮凝加沉淀去除较易降解的部分人工甜味剂；(2)调节PH值为5-6，再利用臭氧加活性吸附剂去除较难降解的部分人工甜味剂；(3)再次调节PH值为3.5-3.8，再使用微波活化，最后利用臭氧/紫外联合高级氧化工艺，使水中多种污染物分解或矿化，有效去除水中最难降解的剩余人工甜味剂，使污水达到排放要求，减小了对环境的污染。权利要求书1页说明书5页附图2页CN107601786A2018.01.19CN107601786A1.一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：使污水重力自流至二沉池，并加入剂量为3.5-4.5g/L的微生物絮凝剂，利用搅拌曝气风机进行间隔搅拌曝气，总时长为20-40min，搅拌速度为60-80r/min，曝气间隔为5min,曝气流量为0.08-0.10m3/h，然后沉淀4-6h，分离得到上清液和沉淀物，去除较易降解的部分人工甜味剂；S2：调节所述上清液PH值为5-6，然后通过臭氧发生器向上清液中通入臭氧，使得臭氧与人工甜味剂的摩尔浓度比为(1-100)：1，时间为20-30min,再投入所述上清液重量15-30％的活性吸附剂，使用搅拌器充分搅拌0.5-1h，搅拌速度为60-80r/min，去除较难降解的部分人工甜味剂；S3：将S2处理后的上清液引入到光反应器中，并调节PH值为3.5-3.8，先利用频率为800-1300MHZ的微波进行活化3-5min,再用汞灯进行光照反应，光照波长为220-350nm，时间为30-45min，同时通入混合气体进行曝气搅拌，曝气流量为0.08-0.10m3/h，最后加入过量的摩尔浓度为1mM的Na2SO3以终止反应，进而有效去除水中最难降解的剩余人工甜味剂；S4：对S3处理后的水体进行取样处理，根据处理结果分析人工甜味剂的含量，若超过标准排放值则返回上一步，若符合排放标准则送入消毒池与ClO2反应消毒，最后该接触消毒池的出水排至城市污水管网。2.如权利要求1所述的一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，其特征在于，S3中所述汞灯为功率为22W的低压汞灯或功率为300W的高压汞灯。3.如权利要求1所述的一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，其特征在于，优选的采用功率为22W的低压汞灯，光照强度为1.02uW/cm2。4.如权利要求1所述的一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，其特征在于，S3中所述混合气体为氧气和空气，其中氧气的总浓度为35-40％。5.如权利要求1所述的一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，其特征在于，所述光反应器包括反应器主体(1)、封盖(2)、石英玻璃管(3)、汞灯棒(4)、LED紫外灯条(5)和曝气头(6)，所述反应器主体(1)为含有夹层的圆柱结构，所述石英玻璃管(3)位于反应器主体(1)的纵轴中心位置，所述汞灯棒(4)位于石英玻璃管(3)内，所述LED紫外灯条(5)共6-12条，分别纵向间隔安装在反应器主体(1)的所述夹层内，且相邻两个LED紫外灯条(5)之间设有反光镜条(7)，所述曝气头(6)设置在反应器主体(1)的底部，所述封盖(2)的一侧与反应器主体(1)的顶部通过铰链连接，封盖(2)的底面设有两个斜面镜(8)。6.如权利要求5所述的一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，其特征在于，所述反应器主体(1)的侧壁下方设有出水管(9)，所述出水管(9)上依次设有计量阀(10)和取样留置盒(11)。7.如权利要求5或6所述的一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，其特征在于，所述反应器主体(1)内壁设有光催化剂涂层。8.如权利要求5或6所述的一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，其特征在于，所述反应器主体(1)内壁及所述石英玻璃管(3)外壁上均设有光催化剂涂层。权 利 要 求 书1/1页2CN107601786A2一种臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法技术领域[0001]本发明属于污水净化处理技术领域，具体涉及一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法。背景技术[0002]人工甜味剂是食品添加剂的一种，被广泛应用于食品、饮料、药物和个人护理品行业中。常见的7种人工甜味剂为安赛蜜(ACE)，三氯蔗糖(SUC)，糖精(SAC)，甜蜜素(CYC)，阿斯巴甜(ASP)，纽甜(NEO)和新橙皮二氢查尔酮(NHDC)，其中ACE和SUC在环境中检出率较高。目前的研究表明，大部分人工甜味剂都不会被人体降解，会随着尿液、粪便排出体外进入环境水体中，其中污水处理厂是人工甜味剂的主要聚集地。人工甜味剂已成为一种新型的污染物而受到广泛的关注，现有研究表明人工甜味剂会对斑马鱼、大型蚤、浮萍等水生生物产生生态毒性。因此，需要关注污水处理厂中人工甜味剂的去除。[0003]污水深度处理是保障污水达到安全排放的重要水处理过程，其中，活性炭吸附、混凝沉淀、氯化消毒对人工甜味剂的去除效果不理想；紫外消毒对ACE有一定的去除效果；臭氧高级氧化工艺在实际污水处理厂中可以去除部分人工甜味剂。使用臭氧/紫外高级氧化工艺去除实际污水中的人工甜味剂尚无系统的研究。发明内容[0004]针对以上技术问题，本发明提供一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，可以有效去除污水中的人工甜味剂，使污水处理达到要求。[0005]本发明的技术方案为：一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，包括以下步骤：[0006]S1：使污水重力自流至二沉池，并加入剂量为3.5-4.5g/L的微生物絮凝剂，利用搅拌曝气风机进行间隔搅拌曝气，总时长为20-40min，搅拌速度为60-80r/min，曝气间隔为5min,曝气流量为0.08-0.10m3/h，然后沉淀4-6h，分离得到上清液和沉淀物，去除较易降解的部分人工甜味剂；[0007]S2：调节所述上清液PH值为5-6，然后通过臭氧发生器向上清液中通入臭氧，使得臭氧与人工甜味剂的摩尔浓度比为(1-100)：1，时间为20-30min,再投入所述上清液重量15-30％的活性吸附剂，使用搅拌器充分搅拌0.5-1h，搅拌速度为60-80r/min，去除较难降解的部分人工甜味剂；[0008]S3：将S2处理后的上清液引入到光反应器中，并调节PH值为3.5-3.8，先利用频率为800-1300MHZ的微波进行活化3-5min,使得难催化的人工甜味剂处于预激发状态，再用汞灯进行光照反应，使其跃迁为激发态，光照波长为220-350nm，时间为30-45min，同时通入混合气体进行曝气搅拌，曝气流量为0.08-0.10m3/h，最后加入过量的摩尔浓度为1mM的Na2SO3以终止反应，进而有效去除水中最难降解的剩余人工甜味剂；[0009]S4：对S3处理后的水体进行取样处理，根据处理结果分析人工甜味剂的含量，若超说 明 书1/5页3CN107601786A3过标准排放值则返回上一步，若符合排放标准则送入消毒池与ClO2反应消毒，最后该接触消毒池的出水排至城市污水管网。[0010]进一步地，S3中所述汞灯为功率为22W的低压汞灯或功率为300W的高压汞灯。[0011]进一步地，优选的采用功率为22W的低压汞灯，光照强度为1.02uW/cm2。[0012]进一步地，S3中所述混合气体为氧气和空气，其中氧气的总浓度为35-40％，缺氧及过氧条件下光催化的降解速率均会大大降低，只有在合适的氧浓度下才能促进降解。[0013]进一步地，所述微生物絮凝剂是由以下重量组分组成：50-60份根瘤菌、45-63份曲霉、80-120份酵母、100-135份乳杆菌、40-70份甲烷杆菌、90-110份烟曲霉、90-120份热带假丝酵母、20-30份β－葡聚糖酶，微生物絮凝剂可初步去除易降解的人工甜味剂，并且微生物絮凝剂整体要呈现耐酸性，便于在后期酸性条件下继续存活，辅助降解。[0014]进一步地，所述光反应器包括反应器主体、封盖、石英玻璃管、汞灯棒、LED紫外灯条和曝气头，所述反应器主体为含有夹层的圆柱结构，所述石英玻璃管位于反应器主体的纵轴中心位置，所述汞灯棒位于石英玻璃管内，所述LED紫外灯条共6-12条，LED紫外灯更加节能，分别纵向间隔安装在反应器主体的所述夹层内，且相邻两个LED紫外灯条之间设有反光镜条，可减少光照死角，所述曝气头设置在反应器主体的底部，用于曝气搅拌，保证水体均匀接受光照，所述封盖的一侧与反应器主体的顶部通过铰链连接，封盖的底面设有两个斜面镜，同样起到减少光照死角的作用。[0015]更进一步地，所述反应器主体的侧壁下方设有出水管，所述出水管上依次设有计量阀和取样留置盒，便于取样。[0016]更进一步地，所述反应器主体内壁及所述石英玻璃管外壁上均设有光催化剂涂层，可提高光反应速率。[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果为：[0018](1)本发明对人工甜味剂按照降解的难易程度进行分步处理，首先使用微生物絮凝加沉淀去除较易降解的部分甜味剂，然后再利用臭氧加活性吸附剂去除较难降解的部分甜味剂，最后利用微波-臭氧/紫外联合高级氧化工艺，使水中多种污染物分解或矿化，有效去除水中最难降解的剩余人工甜味剂，使污水达到排放要求，减小了对环境的污染。[0019](2)本发明的光反应器通过在反应器内壁上设置多个LED紫外线灯条辅助中心主汞灯进行光照，其中LED紫外线灯更加节能，同时，在相邻LED紫外线灯条之间及顶部封盖内底部均设有反光镜，可最大化利用光能，减少光照死角，大大提高了催化效率。[0020](3)本发明使用臭氧/紫外联合高级氧化去降解污水中的人工甜味剂，其中使用的臭氧和紫外等方便安全，无污染，且稳定性高。[0021](4)本发明弥补了目前污水深度处理工艺的不足，改进了现有技术对人工甜味剂降解处理效果差，运行不稳定的特点。附图说明[0022]图1是本发明的光反应器的主剖视图；[0023]图2是本发明的臭氧含量对人工甜味剂去除效果的影响；[0024]图3是本发明的ACE和SUC两种人工甜味剂的降解动力学。[0025]其中，1-反应器主体、2-封盖、3-石英玻璃管、4-汞灯棒、5-LED紫外灯条、6-曝气说 明 书2/5页4CN107601786A4头、7-反光镜条、8-斜面镜、9-出水管、10-计量阀、11-取样留置盒。具体实施方式[0026]现结合附图和具体实施例来对本发明进一步解释说明。[0027]实施例1[0028]一种用臭氧/紫外氧化去除污水中人工甜味剂的方法，包括以下步骤：[0029]S1：使污水重力自流至二沉池，并加入剂量为3.5g/L的微生物絮凝剂，利用搅拌曝气风机进行间隔搅拌曝气，总时长为20min，搅拌速度为60r/min，曝气间隔为5min,曝气流量为0.08m3/h，然后沉淀4h，分离得到上清液和沉淀物，去除较易降解的部分人工甜味剂；其中，微生物絮凝剂是由以下重量组分组成：50份根瘤菌、45份曲霉、80份酵母、100份乳杆菌、40份甲烷杆菌、90份烟曲霉、90份热带假丝酵母、20份β－葡聚糖酶，微生物絮凝剂可初步去除易降解的人工甜味剂，并且微生物絮凝剂整体要呈现耐酸性，便于在后期酸性条件下继续存活，辅助降解。[0030]S2：调节上清液PH值为5，然后通过臭氧发生器向上清液中通入臭氧，使得臭氧与人工甜味剂的摩尔浓度