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微细气泡技术 臭氧微细气泡水发生系统性能评估测试 亚甲基蓝脱色法-最新国标

2022-10-15 来源:步旅网


目 次

1 范围 .........................................................................................................................................6 2 规范性引用文件.....................................................................................................................6 3 术语和定义 .............................................................................................................................6 4 臭氧微细气泡水脱色实验 ....................................................................................................2 4.1 原理......................................................................................................................... 2

4.2 测试环境条件 ........................................................................................................ 3 4.3 测试设备配置 ........................................................................................................ 3 4.4 原料气体供应装置(A部分) ............................................................................ 4 4.5 臭氧发生器(B部分)......................................................................................... 4 4.6 臭氧化学反应装置(C 部分) ........................................................................... 4 4.7 残余臭氧破坏器(D 部分) ............................................................................... 5 4.8 校准程序 ................................................................................................................ 5 4.9 测试步骤 ................................................................................................................ 5 5 脱色效果测试结果表示 ........................................................................................................ 6

5.1 评估对象 ................................................................................................................ 6 5.2 不确定度评估 ........................................................................................................ 7 6 测量空气微细气泡大小和数量浓度 ....................................................................................6 7 测试报告 .................................................................................................................................7 附录A(资料性)不同测试系统在不同臭氧投加量下吸光度的测试结果示例 ......................8

微细气泡技术 臭氧微细气泡水发生系统性能评估测试

亚甲基蓝脱色法

1 范围

本文件规定了用于评估废水和工业用水中水溶性染料脱色的臭氧微细气泡水生成系统性能的一种实验方法。本文件不涉及臭氧对健康和环境的影响。 2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 41914.1 微细气泡技术 微细气泡使用和测量通则 第1部分: 术语(GB/T 41914.1—2022,ISO 20480-1:2017,IDT)

GB/T 41914.2—2022 微细气泡技术 微细气泡使用和测量通则 第2部分: 微细气泡属性分类(ISO 20480-2:2018,MOD)

ISO 10678 微细陶瓷高级陶瓷、高级工业陶瓷用亚甲蓝降解法测定水介质中表面的光催化活性 3 术语和定义

GB/T 41914.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 ISO和IEC标准化过程中所涉术语数据库可访问下述网址: ──ISO在线浏览平台 ──IEC电子百科 3.1

微细气泡水 fine bubble water 含有微细气泡的水。 3.2

臭氧微细气泡水 ozone fine bubble water 含有臭氧微细气泡的水。 3.3

吸光度 absorbance

测试水溶性染料入射光和出射光强度之比的自然对数。

[ISO 80000-7:2019,定义7-32.1,有修改]

3.4

吸光度的半衰期 half-life of absorbance 吸光度变化达到初始吸光度的50 %所需的时间。 3.5

臭氧浓度 ozone concentration 臭氧发生器出气中的臭氧含量。

注:本文件采用标准状态下的质量浓度。 [GB/T 37894-2019,定义3.1.7]

3.6

臭氧产量(率) ozone production rate 臭氧发生器单位时间产生的臭氧量。

[GB/T 37894-2019,定义3.1.9]

3.7

臭氧投加量 ozone dosage O3 dosage

每升溶液中通入的臭氧总量,用公式(1)换算。

…………………………………(1)

式中:

——每升反应溶液中通入的臭氧总量,单位mg/L。

——进入反应系统的臭氧浓度(3.5),可采用符合ISO 13964:1998的在线紫外分光

光度计检测,单位为 mg/L;

——进入反应系统臭氧标况流量,单位为NL/min。如使用转子流量计,应采用流量

计前段设置压力表及温度计进行记录及修正,以获得标况下流量(标准状态为20℃,101.325KPa)。

T——通入臭氧时长,单位为min;

——反应溶液的体积,单位为L。

4 臭氧微细气泡水脱色实验 4.1 原理

2

臭氧脱色的机理是臭氧及其产生的活泼自由基OH·使染料发色基团中的不饱和键(芳香基或共轭双键)断裂生成小分子量的酸和醛,生成了低分子量的有机物,从而导致水体色度显著降低。通过微细气泡水生成系统将一定浓度和臭氧化气流量的臭氧送到水溶性染料箱中,通过光学方法(例如色度计、分光光度计或吸光度计)测量水箱中亚甲基蓝有色水的吸光度的经时变化,换算相应时间对应的臭氧投加量,并可以确定吸光度的半衰期。建议离线测量,取样后静置5-10分钟,减少气泡对测量的影响。 4.2 测试环境条件

臭氧发生器的臭氧浓度和臭氧化气流量浓度、亚甲基蓝有色水的体积和初始浓度都会影响亚甲基蓝反应的传质效率。可根据臭氧微细气泡发生器的发生原理和规格选择不同的测试条件。测试室的温度应为23℃±3℃,相对湿度应为50%±10%。此外,应注意不要在测试环境中混入微细颗粒。 4.3 测试设备配置

测试装置包括原料气体供应单元、臭氧发生器单元、臭氧化学反应单元和残余臭氧破坏器单元。测试设备的配置如图1所示。臭氧化学反应单元在图1中用双线表示。

标引序号说明:

1——微细气泡水生成系统; 2——溶解有亚甲基蓝的微细气泡水; 3——实验水箱; 4——三通阀; 5——残余气态臭氧; 6——臭氧旁路检测单元; A——原料气体供应单元; B——臭氧发生器单元; C——臭氧化学反应单元; D——残余臭氧破坏器单元。

图1 测试设备的构造图

3

4.4 原料气体供应单元(A部分)

原料气体供应单元(A部分)如图1所示。当使用氧气瓶或氧气发生器时,原料气供应的氧气浓度应大于等于90 %。 4.5 臭氧发生器单元(B部分)

a) 向臭氧反应单元供应臭氧的条件应如下:实验过程中臭氧投加产率不超过3 g/h。

建议臭氧流量为0.1 L/min,臭氧浓度为150 mg/L,气体压力表设定并保持在一定的压力水平十分重要。此外,气体压力的数值应在测试报告中给出,见第7章。 b) 臭氧浓度采用旁路检测(图1中6部分所示)。

c) 在臭氧发生器浓度稳定之前,使用三通阀将臭氧气体接入臭氧破坏器。 d) 臭氧发生器供应单元装置(B部分)如图1所示。 4.6 臭氧化学反应单元(C 部分)

C部分由微细气泡水生成系统和实验水箱组成。微细气泡水生成系统的安装结构应确保实验水箱中的参考水溶性染料不会因进水而从系统中溢流。

a) 微细气泡水生成系统如下。

1) 装置具有排放微细气泡水并使其循环的功能。应使用能够承受臭氧氧化能力的

材料。

2) 微细气泡水生成系统的运行条件和数据应由系统供应商提供。

3) 如图1所示,使用微细气泡水生成系统的化学反应单元(C单元)包括臭氧反

应单元的反应装置和溶解装置。

b) 实验水箱

为避免臭氧泄漏,水箱为可密封的水槽,由能承受臭氧氧化的材料制成。为了在观察颜色变化的同时进行测试,建议用无色透明的水箱。水箱宜有充足容量以存储生成的臭氧微细气泡水。实验水箱由玻璃制成,底部面积和水面面积应该相等,容量为60 L或更大,测试时的水深应为35 cm ± 1 cm。为了减少溶液不均匀性带来的影响,建议为实验水箱配备搅拌装置,并固定取样点位置。

测量设备的验证或校准如下:

1) 臭氧浓度计,见GB/T 35804;

2) 光度仪,分光光度计的校准和测量确认; 3) 酸度计,用标准校准溶液校准。 c) 水

水质应符合GB/T 41914.2—2022 4.2的要求。 d) 亚甲基蓝

应使用ISO 10678规定的亚甲基蓝粉末。

注:最大吸收波长为664 nm。

e) 亚甲基蓝标准母液

称取0.6g亚甲基蓝粉末,溶解在1 L水中。 建议亚甲基蓝的初始浓度不低于10 mg/L。

注:多次连续实验情况下,可制备高浓度亚甲基蓝溶液母液,方便f)步骤来配置不同浓度的亚甲基

蓝溶液。

f)测试用有色水

使用1 L亚甲基蓝母液制备测试用有色水,调节至60 L。有色水的酸碱度应为8 >pH> 5。测试开始时,建议水温为20℃±2℃、酸碱度为中性范围。

4

g) 测量单元

测量透过水中一定距离的可见光量的测量仪器应如下。

1) 测量波长应为664 nm。

2) 测量时间是指亚甲基蓝浓度从初始蓝色到变为透明的一个测量周期系列,至少

测量5个周期。每个测量周期里,至少测量30个点的光强,记录数据与测量时间。包括人工方法在内,有必要使测量开与微细气泡产生开同步。 3) 为了将微细气泡的动态行为和取出溶液带来影响降到最低,建议在尽可能短的

时间内取尽量少的样品,以减少对实验系统带来的影响。 4) 由于实验水中包含的微细气泡可能会影响亚甲基蓝浓度测量,实验水中的亚甲

基蓝浓度测量应考虑以下措施之一:

——测量实验水的吸光度和无亚甲基蓝的臭氧微细气泡水的吸光度,并记录。使用

无亚甲基蓝溶液的气泡水的吸光度作为空白对照。

——引入臭氧微细气泡,确认脱色充分进行,实验水箱中的透光率已接近饱和。然

后,它被用于估计和修正最终值,以参考测量仪器对测量值的渐近变化。评估了估计的不确定性,并考虑了修正的不确定性。 4.7 残余臭氧破坏器单元(D 部分)

见图1。 4.8 校准程序

制备五个已知浓度的亚甲基蓝水溶液,其中两个浓度应高于测量起始浓度,三个浓度应低于测量起始浓度(见4.9)。对于每个浓度,进行三次吸光度测量。利用最小二乘回归分析建立吸光度与浓度的校准曲线。 4.9 测试步骤

常规测试步骤如下。

a) 安装测试设备,连接测试设备,并确认运行。 b) 校准光度计。

c) 向实验水箱中加入59 L水,加入1 L亚甲基蓝标准原液,并搅拌以获得有色测试

水。

d) 用光度计测量有色测试水的初始吸光度。

e) 启动臭氧发生器,并调节臭氧化气流量至0.1 L/min;臭氧浓度至150 mg/L。气体

压力表设定并保持在一定的压力水平。气体压力的数值应在测试实验报告中给出(见第7章)。

f) 臭氧发生器稳定后将其连接到微细气泡水生成系统。 g) 开始运行微细气泡水发生系统。光度计的测量和臭氧处理部分的操作在测试开始前

开始。

h) 当实验水箱的有色测试水接近无色时,测试终止,并且停止各个测试装置的操作。 i) 在测试期间和之后,可在试验水箱加盖并确认设备周围环境的臭氧浓度。实验后,

应对水中溶解的臭氧进行合适的水处理后排放。建议通过以下方法处理溶解的臭氧:

1) 将实验后的溶液通过活性炭;

2) 脱气后,将空气输送到微细气泡装置,完全释放和消除臭氧; 3) 加入还原剂;

5

4) 自然放置。

j) 收集和分析光度测量的数据。 5 脱色效果测试结果表示 5.1 评估对象

用光度计测量随臭氧投加量增加,有色测试水样的吸光度变化,结果用图表表示,示例见附录A。

由于循环过程在测试开始时不稳定,建议在微细气泡水发生系统开始运行一段时间后获取的数据作为有效数据。实验开始截止到有色测试水接近无色对半衰期t1/2进行评价。 5.2 评估过程

微细气泡水生成系统的性能通过相对亚甲基蓝初始浓度(C0),亚甲基蓝浓度(C)随臭氧投加量的变化来评估。过程如下。

a) 以横轴为臭氧投加量(mg/L),纵轴为ln (C0/C)绘图,示例见图2; b) 按公式(1)换算对应经过时间的臭氧投加量;

c) 读取脱色至浓度低于初始浓度一半的时间t1/2(C0/C= 2);

d) 为从运行开始后t= 0 s到t1/2的数据创建Y=ln (C0/C)的图表;

e) 通过斜率k(数据点线性拟合得到的曲线斜率)得到的R2大于0.98,可认为选取

的有效数组为有效数据。

f) 通过比较斜率k进行设备性能的评估。

标引序号说明:

X 臭氧投加量,单位为mg/L;

6

Y ln(C0/C ); 1 ln(2)=0.693;

图2 脱色效果测试结果示例(60 L溶液,10 mg/L亚甲基蓝脱色实验)

5.3 不确定度评估

测量的不确定性应由重复测量不确定度、校准不确定度和其他不确定度( 如操作员和温度)组成。见ISO/IEC 指南 98-1以及ISO/TS 21749:2005, 第5章。 6 测量空气微细气泡大小和数量浓度

微细气泡粒径通常指等效流体动力学直径,但在不同技术中可能不同。数量浓度是指单位体积内气泡的总数(或相对值)。GB/T 41914.2—2022的第5条给出了表示微细气泡属性的范例。 7 测试报告

测试报告可以表格形式编制,并应包含以下项目。但是,某些项目可根据相关方的约定增减。

a) 本文件编号; b) 实验室名称;

c) 测试日期、地点、测试环境(温度、湿度);

d) 测试的微细气泡水生成系统的描述(标识、运行设置条件、主要系统参数、压力值、

水温、水质、pH值);

e) 显示脱色效果测试结果的图 (见图2)以及原始测试数据;

f) 脱色效果实验说明(斜率k、不确定度、臭氧浓度、臭氧标况流量); g) 所用测试设备的描述,测试程序的描述;

h) 微细气泡的特性(微细气泡的粒径和数量浓度),见第6章。

7

附 录 A (资料性)

不同测试系统在不同臭氧投加量下吸光度的测试结果示例

不同臭氧微细气泡水生成系统在不同臭氧投加量下吸光度的测试结果示例,见表A.1和图

A.1。

表A.1 吸光度测量结果

测试系统A 臭氧投加量 (mg/L) 吸光度 测试系统B 臭氧投加量 (mg/L) 吸光度 测试系统C 臭氧投加量 (mg/L) 吸光度 0.00 0.13 0.26 0.40 0.54 0.69 0.83 0.98 1.13 1.28 1.57 1.72 1.87 2.02 2.17 2.33 2.48 2.63 2.78 2.93 3.08 3.24 3.39 3.54 3.70 3.85 4.00 4.16 4.31 4.46

0.495 0.502 0.505 0.507 0.489 0.479 0.456 0.438 0.422 0.408 0.395 0.375 0.357 0.342 0.319 0.308 0.287 0.270 0.250 0.238 0.224 0.213 0.192 0.183 0.169 0.151 0.138 0.121 0.109 0.088 0.00 0.13 0.27 0.41 0.56 0.71 0.86 1.01 1.16 1.60 1.75 1.90 2.19 2.34 2.64 2.78 2.93 3.08 3.23 3.38 3.53 3.83 3.98 4.13 4.28 4.43 4.58 4.73 4.88 5.03 0.512 0.466 0.462 0.460 0.438 0.431 0.411 0.395 0.379 0.343 0.325 0.312 0.278 0.266 0.235 0.220 0.204 0.194 0.183 0.162 0.151 0.127 0.118 0.100 0.092 0.079 0.070 0.059 0.053 0.047 0.00 0.14 0.28 0.41 0.56 0.70 0.84 0.99 1.13 1.28 1.42 1.57 1.72 1.86 2.01 2.17 2.32 2.62 2.78 2.93 3.08 3.23 3.39 3.54 3.70 3.84 3.97 4.12 4.27 4.42 0.482 0.491 0.495 0.493 0.477 0.458 0.441 0.421 0.409 0.391 0.376 0.354 0.340 0.326 0.304 0.296 0.282 0.251 0.235 0.222 0.210 0.195 0.187 0.168 0.145 0.148 0.138 0.103 0.107 0.103 8

表A.1 吸光度测量结果(续)

测试系统A 臭氧投加量 (mg/L) 吸光度 测试系统B 臭氧投加量 (mg/L) 吸光度 测试系统C 臭氧投加量 (mg/L) 吸光度 4.62 4.77 4.92 5.08 5.23 5.38 5.54 0.066 0.057 0.052 0.043 0.036 0.022 0.019 5.18 5.33 5.48 5.64 5.79 5.94 0.040 0.031 0.028 0.020 0.018 0.016 4.57 4.72 4.86 5.01 5.16 5.31 5.46 5.61 5.76 5.91 6.06 6.21 0.096 0.088 0.076 0.070 0.064 0.056 0.047 0.045 0.029 0.030 0.028 0.024

标引序号说明:

X——臭氧投加量,单位为mg/L;

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Y——吸光度;

A——测试系统A(亚甲基蓝溶液60 L,亚甲基蓝浓度10 mg/L,臭氧化气流量0.1 L/min,臭氧浓度150 mg/L);

B——测试系统B(亚甲基蓝溶液30 L溶液,亚甲基蓝浓度10 mg/L,臭氧化气流量0.2 L/min,臭氧浓度150 mg/L);

C——测试系统C(亚甲基蓝溶液60 L,亚甲基蓝浓度10 mg/L,臭氧化气流量0.1 L/min,臭氧浓度85 mg/L)。

图A.1 吸光度测量结果

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