以羟基氧化铁为催化剂的催化臭氧氧化给水深度处理方法技术

以羟基氧化铁为催化剂的催化臭氧氧化给水深度处理方法，涉及固体催化剂催化臭氧氧化去除水中有机物的给水处理工艺。本发明专利技术的目的是提供一种以羟基氧化铁为催化剂的催化臭氧氧化给水深度处理方法。地表水经过混凝、沉淀、过滤等处理后依次进入臭氧接触塔、催化剂床、生物活性炭滤床，除去水中的有机物，最后经消毒后进入网管。本发明专利技术的催化剂具有催化效率高和金属离子溶出非常微弱的优点。本发明专利技术采用以羟基氧化铁为活性组分的固体催化剂催化臭氧氧化与生物活性炭联用的水处理工艺，提高了臭氧氧化去除水中有机污染物的能力、水中有机物的可生化降解性和臭氧的利用率，还有助于水中金属离子的去除。它具有成本低和氧化效率高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体催化剂催化臭氧氧化去除水中有机物的给水处理工艺，具体涉及以羟基氧化铁为催化剂的催化臭氧氧化去除水中有机物的给水处理工艺。
技术介绍
近年来，由于持续的工农业污染，使大量难降解的有毒有害有机污染物进入水体，造成了水源水质的恶化。根据国内外相关报道，这些有机污染物在常规的水处理工艺中几乎不能被去除。另外，由于水土流失，水源中天然有机物含量升高，而天然有机物是饮用水氯化消毒副产物的前质，常规水处理工艺去除天然有机物能力有限，因此天然有机物含量升高引起氯化消毒过程需氯量升高及氯化消毒副产物浓度升高。对于去除水中的有机物，臭氧氧化是一种途径，但是臭氧氧化有很强的选择性，只能氧化水中易氧化的有机物，对氧化水中各类农药和农药的分解产物并不有效。增强臭氧化能力的方法就是促使臭氧在水中分解生成中间性强氧化物质—羟基自由基，或者利用固体表面吸附造成有机物和臭氧分子局部浓度升高加快氧化速度。促使臭氧在水中分解生成羟基自由基的方法包括紫外线、过氧化氢两者之一和臭氧的联用以及均相金属离子和多相金属氧化物的催化，其中金属氧化物催化臭氧氧化有机物的途径一般认为有两种，一种认为臭氧在金属氧化物表面分解生成活性氧，如US6,149,820；另一种认为有机酸与金属氧化物表面金属离子络合从而有利于其被臭氧氧化，如Andreozzi R.和Pines D.。这些促进臭氧分解的方法都存在一些问题紫外线在水中的穿透能力弱，紫外灯的寿命短、需经常性维护，增加了工艺成本，而且促进臭氧分解的效率不高；过氧化氢存在剩余问题，使水处理中需氯量升高；金属离子的引入会带来处理后水中金属离子再去除的问题；催化水中臭氧分解的金属氧化物主要集中在一些典型的过渡金属氧化物(如Fe2O3、MnO2、CuO、NiO、Co3O4、TiO2、Al2O3等)和载体型的贵重金属氧化物(如Ru、Pd)，研究表明，这些催化剂要么催化效率低，要么存在金属离子溶出的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术臭氧氧化能力低的不足，提供了一种，羟基氧化铁在水中能促进臭氧分解生成更多的羟基自由基，它对有机物一定的富集作用会使反应物的局部浓度升高，以其催化臭氧氧化水中有机物是一种可以提高臭氧氧化能力的水处理方法。本专利技术的按照下述步骤进行a、经过混凝、沉淀、过滤等传统水处理过程处理后的滤水进入臭氧接触塔进行臭氧氧化反应，控制水中臭氧起始浓度为0.5～1.0mgO3/(mgTOC)，水在臭氧接触塔内的停留时间为10～20分钟；b、从臭氧接触塔出来的水进入内部填装有羟基氧化铁或载体型羟基氧化铁的催化剂床内，控制水在催化剂床内的停留时间为10～30分钟；c、经氧化后的水进入生物活性炭滤床，控制水在生物活性炭滤床内的停留时间为10～20分钟，进一步除去水中的有机物；d、除去有机物的水经过加氯消毒以后进入网管。本专利技术以羟基氧化铁为活性组分催化臭氧氧化水中的难氧化有机物的途径为对于吸附性弱的有机物，通过其表面羟基基团催化臭氧分解生成羟基自由基来进行氧化；对于可吸附的有机物，通过表面富集有机物和臭氧来提高氧化速度。羟基氧化铁具有较大的比表面积、更多的表面羟基基团(表面羟基含量达0.32mmol/g)和更强的表面羟基化程度，在水中能够促进臭氧分解生成更多具有强氧化能力的羟基自由基，可以有效氧化水中的难氧化有机物；对水中的有机物有一定的富集作用；对金属离子的专属吸附作用可以去除重金属的污染。羟基氧化铁催化臭氧氧化对水中微量的难氧化有机物—硝基苯的去除率比单独臭氧氧化提高了40％以上，对水中腐殖酸的去除比单独臭氧氧化提高了30％，它具有催化效率高和金属离子溶出非常微弱(溶度积常数Ksp＝1.3×10-38)的优点。本专利技术采用以羟基氧化铁为活性组分的固体催化剂催化臭氧氧化与生物活性炭联用的水处理工艺，这种催化臭氧化工艺节省能量、不引入其他化学药剂，尤其适用于含有难化学氧化污染物的地下水以及天然地表水的深度处理，提高了这两类水中难氧化有机物的可生化性。催化臭氧氧化和生物活性炭处理工艺联合使用不仅可以提高水中总有机碳的去除率、降低水的毒性，而且可以降低水中有机污染物和溶解性天然有机物的浓度，降低了后续处理中的需氯量和氯消毒产物的浓度，它具有成本低和氧化效率高的优点。附图说明图1是具体实施方式一的工艺流程图，图2是具体实施方式二的工艺流程图，图3是具体实施方式三的工艺流程图。具体实施例方式一参见图1，本实施方式按照下述步骤进行a、经过混凝、沉淀、过滤等传统水处理过程处理后的滤水进入臭氧接触塔进行臭氧氧化反应，控制水中臭氧起始浓度为0.5～1.0mgO3/(mgTOC)，水在臭氧接触塔内的停留时间为10～20分钟；b、从臭氧接触塔出来的水进入内部填装有羟基氧化铁或载体型羟基氧化铁的催化剂床内，控制水在催化剂床内的停留时间为10～30分钟；c、经氧化后的水进入生物活性炭滤床，控制水在生物活性炭滤床内的停留时间为10～20分钟，进一步除去水中的有机物；d、除去有机物的水经过加氯消毒以后进入网管。其中，羟基氧化铁按照下述步骤制备a、向硝酸铁水溶液中加氢氧化钠溶液，快速搅拌使铁离子沉淀完全，生成棕色沉淀物；b、将a步骤带有沉淀物的混合液密封，在40～90℃的温度下进行陈化；c、当棕色沉淀物变为黄色沉淀物后，用蒸馏水反复冲洗沉淀物；d、然后将黄色沉淀物在300℃以下干燥，得到黄色羟基氧化铁粉末。载体型羟基氧化铁按照下述步骤制备a、将载体放入pH＝1～2的稀盐酸中浸泡12小时；b、冲洗浸泡后的载体，然后再放入硝酸铁溶液中浸泡24小时；c、向其中加入氢氧化钠溶液，使铁离子完全沉淀，生成棕色沉淀物；d、将c步骤带有沉淀物的混合液密封，在40～90℃的温度下进行陈化；e、当棕色沉淀物变为黄色沉淀物后，用蒸馏水反复冲洗沉淀物；f、然后将黄色沉淀物在300℃以下干燥，得到黄色载体型羟基氧化铁粉末。所述的载体为粒状活性炭、天然沸石、人工沸石、活性氧化铝、陶粒和分子筛中的一种或任意几种的混合物，载体的粒径为0.5～5mm。具体实施方式二参见图2，本实施方式与具体实施方式一不同的是，a和b步骤为a、经过混凝、沉淀、过滤等传统水处理过程处理后的过滤水进入内部填装有羟基氧化铁或载体型羟基氧化铁催化剂的臭氧接触塔进行催化臭氧氧化反应，控制水中臭氧起始浓度为0.5～1.0mgO3/(mgTOC)、水在臭氧接触塔内的停留时间为10～30分钟；b、经催化臭氧氧化的水进入剩余臭氧反应器以去除水中的剩余臭氧。其他步骤和工艺条件与具体实施方式一相同。具体实施方式三参见图3，本实施方式与具体实施方式一不同的是，a步骤为采用多段臭氧氧化方式，控制多段臭氧接触塔的最终出水中含有0.3～0.8mg/L的臭氧，其他步骤和工艺条件与具体实施方式一相同。水中一部分有机物是易于被单独臭氧氧化的，充分发挥臭氧直接氧化有机物的能力可以节约臭氧投量，达到较好的去除有机物的效果。本实施方式有利于充分发挥臭氧的氧化能力，节约臭氧的投量，达到较好的去除有机物的效果。权利要求1.，其特征在于它按照下述步骤进行a、经过混凝、沉淀、过滤等传统水处理过程处理后的过滤水进入臭氧接触塔进行臭氧氧化反应，控制水中臭氧起始浓度为0.5～1.0mgO3/(mgTOC)、水在臭氧接触塔内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
以羟基氧化铁为催化剂的催化臭氧氧化给水深度处理方法，其特征在于它按照下述步骤进行：ａ、经过混凝、沉淀、过滤等传统水处理过程处理后的过滤水进入臭氧接触塔进行臭氧氧化反应，控制水中臭氧起始浓度为０．５～１．０ｍｇＯ↓［３］／（ｍｇＴＯＣ）、水在臭氧接触塔内的停留时间为１０～２０分钟；ｂ、从臭氧接触塔出来的水进入内部填装有羟基氧化铁或载体型羟基氧化铁的催化剂床内，控制水在催化剂床内的停留时间为１０～３０分钟；ｃ、经氧化后的水进入生物活性炭滤床，控制水在生物活性炭滤床内的停留时间为１０～２０分钟，进一步除去水中的有机物；ｄ、除去有机物的水经过加氯消毒以后进入网管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马军，张涛，陈忠林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]