一种用于臭氧氧化去除水体有机物的评估方法与反应器技术

本发明专利技术涉及的是一种用于臭氧氧化去除水体有机物的评估方法与反应器。在天然水体中有机物与臭氧反应过程复杂，研究有机物降解的动力学进而评估目标物的去除非常困难。当前有关研究人员一般采用批量的静态实验非常粗略地进行研究，不能对目标物去除进行合理有效的评估。本发明专利技术提供的方法和反应器能够根据需要控制反应过程期间溶液中臭氧浓度和ｐＨ值，减少了反应过程中的变量。反应器中的压力能够通过压力表和电磁阀的协同作用进行控制，从而可模拟实际处理工艺中水压对反应的影响。通过本发明专利技术的方法和反应器，可以建立简化的臭氧和目标有机物反应的动力学方程，用来指导优化臭氧工艺对目标物在实际水体中的去除效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于臭氧氧化去除水体有机物的评估方法与反应器。臭氧作为一种强氧化剂，可用于饮用水消毒、脱色、铁和锰等无机物的氧化去除、降解合成有机物等多个方面。近年来，人们对消毒剂和消毒副产物特别是氯化处理副产物管理制定了更加严厉的标准，已经促使更多的水厂考虑臭氧作为替代的消毒剂和深度处理关键技术。此外，水体富营养化导致藻类过度繁殖，随之而来的2-甲基异莰醇(MIB)和土臭素(geosmin)等藻类的代谢产物使水体产生土霉味的臭味问题，常规的水处理工艺(混凝、氯消毒和砂滤)对于MIB和geosmin的去除是基本无效的。而臭氧氧化对MIB和geosmin有较好的去除效果。上述种种因素促使臭氧处理工艺在水厂中将会有更多的应用。在天然水体中存在着两种类型的臭氧氧化反应通过臭氧分子的直接氧化反应和臭氧自分解产生羟基自由基的间接氧化反应。有机物与臭氧反应过程复杂，研究有机物降解的动力学进而评估目标物的去除非常困难。当前有关研究人员一般采用批量的静态实验非常粗略地进行研究，不能对目标物去除进行合理有效的评估。本专利技术的目的是在自制的反应器中控制溶液中臭氧的浓度、pH值和反应器中的压力，建立简化的臭氧氧化去除目标有机物的动力学评价方法，用来指导优化臭氧工艺对目标物在实际水体中的去除效果。本专利技术的反应器结构如附图所示，可调工作电压的臭氧发生器产生的臭氧与氧气的混合气体，经进气管1通过钛多孔布气板3(孔径10μm)均匀分布于反应器4内，进入反应器的气量由进气阀2控制。反应器内的压力由压力表7和电磁阀8控制，反应后的尾气经排气管9进入尾气吸收装置。当反应器内臭氧在水溶液中浓度达到所需浓度值时，在进样口5(通过一个聚四氟乙烯垫密封)使用微量进样器加入目标物，在取样口6定时取样分析目标物的浓度。该反应器的主体是内径为110mm，高280mm的不锈钢柱，钛多孔布气板固定在反应器的底部。臭氧通过多孔布气板被打碎成细小的气泡，以便和水中的有机物充分接触，更有效地完成臭氧氧化反应。本专利技术的反应器操作过程如下所述，在反应器内装入一定量的纯水，用缓冲溶液控制溶液的pH值，通过压力表和电磁阀的协同作用，控制反应器内压力在合适范围，以便更好地模拟实际处理工艺中水压对反应的影响。通过调节臭氧发生器的工作电压，调节进入臭氧发生器的氧气生成臭氧的比例，从而控制进入反应器中气体中臭氧的分压，这样溶液中臭氧浓度就能维持在所需的范围。当反应器溶液中臭氧浓度达到稳定后，用微量进样器通过进样口把目标物加入到反应器中，定时通过取样口取样分析目标物的残余浓度，当样品从反应器中取出时立刻用亚硫酸钠熄灭样品中的氧化剂。由于在实验过程中，臭氧在溶液中的浓度保持一个常数，故可以称此反应器为半批量反应器。本专利技术的特点如下1、通过调节进入反应器气体中臭氧的分压，方便地控制反应器溶液中的臭氧浓度，且在实验过程中保持溶液中臭氧浓度不变。2、通过缓冲溶液控制反应器溶液的pH值，在实验过程中pH值维持在一个定值。3、反应器中的压力能够通过压力表和电磁阀的协同作用进行控制，更好地模拟实际处理工艺中水压的变化对臭氧化反应的影响。4、臭氧在溶液中的浓度、pH值和反应器中的压力等反应参数容易控制，可以根据需要随时调节反应参数。5、所用材料为不锈钢、钛板和聚四氟乙烯，不存在由于基质溶出而带来污染的危险。应用实例实例1实例1是本专利技术实施方案实例之一，但本专利不仅限于此。饮用水源水中常含有MIB和geosmin等土霉味的臭味物质，文献报道的臭氧对MIB和geomin氧化去除的动力学参数都是在静态的批量实验下得到的，实用性较差。本专利技术人使用上面介绍的方法与反应器，对MIB和geosmin的臭氧氧化去除的动力学进行了研究。在反应器中装入1L的纯水，用50mmol的磷酸盐缓冲溶液控制溶液的pH值在7.0，反应器中的压力控制在0.3atm，在两个实验中控制溶液中臭氧浓度分别为0.35mg/L和0.69mg/L，当溶液达到稳定状态后加入MIB和geomin的初始浓度为400ng/L。在此条件下得到MIB和geosmin简化的动力学方程分别为(1)和(2)，在上述方程中MIB、geosmin和O3的浓度单位是mmol/L，时间单位是min。dCMIBdt=-0.83CMIBCO30.44---(1)]]>dCGEOSMINdt=-2.81CGEOSMINCO30.61---(2)]]>利用本专利技术的方法与反应器，可以进一步研究pH对MIB对geosmin去除的影响。权利要求1.一种用于臭氧氧化去除水体有机物的评估方法与反应器，其特征在于实验过程中控制溶液中臭氧浓度，反应器中的压力能够通过压力表和电磁阀的协同作用进行控制。2.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于当反应器中臭氧浓度稳定后，通过进样口用微量进样器把目标物加入到反应器进行臭氧化反应。3.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于溶液的pH值通过缓冲溶液进行控制，测定pH对反应动力学的影响。4.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于反应器底部装有钛网布气板，把臭氧气体破碎成更小的气泡，使臭氧化反应效率更高。全文摘要本专利技术涉及的是一种用于臭氧氧化去除水体有机物的评估方法与反应器。在天然水体中有机物与臭氧反应过程复杂，研究有机物降解的动力学进而评估目标物的去除非常困难。当前有关研究人员一般采用批量的静态实验非常粗略地进行研究，不能对目标物去除进行合理有效的评估。本专利技术提供的方法和反应器能够根据需要控制反应过程期间溶液中臭氧浓度和pH值，减少了反应过程中的变量。反应器中的压力能够通过压力表和电磁阀的协同作用进行控制，从而可模拟实际处理工艺中水压对反应的影响。通过本专利技术的方法和反应器，可以建立简化的臭氧和目标有机物反应的动力学方程，用来指导优化臭氧工艺对目标物在实际水体中的去除效果。文档编号C02F1/78GK1847168SQ20051006452公开日2006年10月18日 申请日期2005年4月13日 优先权日2005年4月13日专利技术者王东升, 梁存珍, 杨敏 申请人:中国科学院生态环境研究中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于臭氧氧化去除水体有机物的评估方法与反应器，其特征在于实验过程中控制溶液中臭氧浓度，反应器中的压力能够通过压力表和电磁阀的协同作用进行控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王东升，梁存珍，杨敏，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]