一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法技术

本发明专利技术公开了一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法，臭氧经过微纳米气泡发生装置实现与污水充分混合，形成臭氧饱和乳浊液；气液高度混合状态的污水在装填有非均相臭氧催化剂的固定床反应器中发生氧化反应；本方法采用连续臭氧投加，连续进出水的运行方式。本方法与传统直接曝气技术相比，催化剂负载了新型活性金属，催化剂表面积大，吸附能力强，高度分散的微纳米臭氧气泡在催化剂表面富集，极大增加了臭氧气泡与液体的接触面积和臭氧气泡的停留时间，使得臭氧利用率大幅提升，具有极高臭氧利用率，能够有效去除各种工业废水和市政污水中的有机物、色度、苯环类有毒物、微生物等污染物。

A wastewater treatment method with heterogeneous ozone catalysis and micro nano bubbles

The invention discloses a sewage treatment method combining heterogeneous ozone catalysis and micro nano bubble. Ozone is fully mixed with sewage through micro nano bubble generation device to form ozone saturated emulsion; sewage in highly mixed state of gas and liquid occurs oxidation reaction in a fixed bed reactor filled with heterogeneous ozone catalyst; the method adopts continuous ozone dosing, continuous ozone dosing Operation mode of inlet and outlet water. Compared with the traditional direct aeration technology, the catalyst is loaded with a new type of active metal, the catalyst surface area is large, the adsorption capacity is strong, the highly dispersed micro nano ozone bubbles are enriched on the catalyst surface, greatly increasing the contact area between the ozone bubbles and the liquid and the residence time of the ozone bubbles, so that the ozone utilization rate is greatly improved, and the ozone utilization rate is very high Effective removal of various industrial wastewater and municipal sewage organic matter, chroma, benzene ring has toxic substances, microorganisms and other pollutants.

【技术实现步骤摘要】
一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法
本专利技术属于污水处理
，特别涉及一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法。
技术介绍
工业的迅速发展极大的方便了人们的生活，但是随之产生大量的污染物排放到环境中，尤其是水污染状况不容乐观。污水中有机物种类和含量的急剧增加直接威胁到生态系统的稳定和人类健康，它具有成分复杂、难降解、色度深、COD高等特点。臭氧由于其极强的氧化性被广泛应用于污水的高级氧化处理技术中，臭氧可以将水中的有机物矿化，产生CO2和水等无污染物，能高效清洁达到处理污水的效果。非均相臭氧催化与传统的高级氧化和均相臭氧催化相比具有操作简单、活性金属不易丢失、无二次污染、稳定性好以及成本低廉等优点，在处理各类污水领域具有很好的利用价值以及广阔的市场前景。然而，现有的常规曝气方法存在臭氧利用率过低的缺点，由于臭氧在空气和水中容易分解流失，使得臭氧催化的氧气消耗和臭氧制造的成本居高不下，很大程度上限制了该技术的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法，目的是提高催化效率和臭氧利用率。技术方案如下：一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法，其特征在于，臭氧经过微纳米气泡发生装置实现与污水充分混合，形成臭氧饱和乳浊液；气液高度混合状态的污水在装填有非均相臭氧催化剂的固定床反应器中发生氧化反应；本方法采用连续臭氧投加，连续进出水的运行方式。优选的，非均相臭氧催化剂的制备过程分为载体预处理-浸渍-焙烧三个阶段，将γ-Al2O3洗净后用氢氧化钠溶液浸泡4-8h预处理；干燥后采用过量浸渍方式，浸渍液包括硝酸锰以及活性金属Ru、Pt和Ni的可溶盐中的至少一种，混合同步浸渍时间4-12h；之后在马弗炉中400-500℃焙烧4-8小时。优选的，非均相臭氧催化剂的载体γ-Al2O3颗粒的直径为3-4mm，催化剂比表面积为210-260m2/g，臭氧化指数为3-5(CODmg/L)·(O3mg/L)-1。优选的，非均相臭氧催化剂在固定床反应器中的填充率为50％-75％，填充方式为堆积填充，堆积密度为0.7-0.8g/m3。优选的，气液高度混合状态的污水与非均相臭氧催化剂的接触时间为10-30min。优选的，微纳米气泡发生装置的纳米气泡直径在90nm-50μm，臭氧和污水的气液体积比为1:9-2:9，进水量为0.018-5m3/h。本专利技术所述的非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法主要优势表现在：(1)本方法与传统直接曝气技术相比，大大提升了臭氧利用率和氧化能力，十分适合污染物浓度高且难降解类型污水的处理，且运行管理简单，运行状态稳定，成本低廉。(2)本专利技术所用催化剂负载了新型活性金属，相对于传统的Fe2+、Co2+、Cu2+等有更强的催化效果，且催化剂表面积大，吸附能力强，高度分散的微纳米臭氧气泡在催化剂表面富集，极大增加了臭氧气泡与液体的接触面积和臭氧气泡的停留时间，使得臭氧利用率大幅提升，具有极高臭氧利用率，能够有效去除各种工业废水和市政污水中的有机物、色度、苯环类有毒物、微生物、细菌、重金属等污染物。(3)本专利技术中催化剂焙烧过程采用特定的阶段性升温方式，不仅使得焙烧终温降低，而且焙烧以后活性金属氧化物结晶效果更好，不易流失，相较于传统直接高温焙烧工艺既节省能源又增强了催化剂的活性。附图说明图1为常规臭氧催化和非均相臭氧催化与微纳米气泡联用技术去除染料废水COD效果对比以及稳定性实验结果。图2为常规曝气和非均相臭氧催化与微纳米气泡联用技术对市政污水的深度处理的对比结果。图3为市政污水污染物荧光分布图。图4非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法污染物去除结果。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合实施例对本专利技术提供的一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法进行详细描述。以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限制本专利技术的范围。在非均相臭氧催化的反应中，催化剂的催化活性和臭氧的氧化效率都会直接影响污水处理的效果。因此，本专利技术从改良催化剂的制备工艺以及强化氧化反应过程出发，公开了一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法，具体流程实施方式如下：①臭氧经过微纳米气泡发生装置实现与污水充分混合，形成臭氧饱和乳浊液；②气液高度混合状态的污水在装填有催化剂的固定床反应器中发生氧化反应。其中，本方法采用连续臭氧投加，连续进出水的运行方式。流程①中，臭氧和污水通过微纳米气泡发生器以后，实现气液的高度混合，臭氧微纳米气泡的直径在90nm-50μm，臭氧和污水的气液体积比为1:9-2:9。根据不同水质和处理要求，通过调控气液比和压力实现纳米气泡尺寸和气泡浓度的变化。流程②中，催化剂在固定床反应器中的填充率为50％-75％，填充方式为堆积填充，，堆积密度为0.75g/m3。催化剂的制备方法分为载体预处理-浸渍-焙烧三个阶段。催化剂载体为载体为γ-Al2O3，载体颗粒的直径为3-4mm。载体的预处理工艺参数为：将γ-Al2O3洗净后用氢氧化钠溶液浸泡4-8h，然后自然晾干备用；载体的浸渍过程中采用过量浸渍方式，浸渍时间4-12h，浸渍液中硝酸锰的其他配比金属盐的活性金属为Ru、Pt、Ni中的一种或几种，浸渍过程为混合同步浸渍；载体的焙烧工艺参数为：在马弗炉中450℃焙烧4-8小时。催化剂比表面积为210-260m2/g，在催化剂强吸附能力和微纳米气泡高度分散的耦合作用下，催化剂表面富集有机物和臭氧，高效快速矿化有机物污染物，臭氧化指数为3-5(CODmg/L)·(O3mg/L)-1。固定床反应器中污水与催化剂的接触时间为10-30min。实施例1选取粒径为3-4mm的γ-Al2O3作为载体，用氢氧化钠溶液配制pH＝10的载体预处理液，将载体在溶液中浸泡4小时，然后晾干备用。配制1％wt的Mn(NO3)2和RuCl2混合溶液，将载体完全浸渍在混合溶液中，在振荡速率120rpm的摇床中震荡浸渍4小时，浸渍完成后沥干浸渍液，自然晾干。将浸渍好的γ-Al2O3载体于马弗炉中450℃焙烧4小时，焙烧完毕制得催化剂。将待处理污水与臭氧气体经过微纳米气泡发生器后得到富集纳米气泡的污水，气液体积比为1:9。污水与催化剂的接触时间为25min。染料废水处理及稳定性试验：将本专利技术所述催化剂装填于臭氧催化反应柱中，进水量为1m3/h，床层填充率为50％，用于处理COD为500mg/L，色度为3000-5000倍的工业印染废水，臭氧投加量为100mg/L。实验结果表明，处理后色度去除率＞99％，COD去除率接近70％。将该催化剂进行稳定性连续试验，得到COD和色度去除效果结果如图1所示。由图1所示的实验结果可知，本专利技术所述催化剂经过30天的污水连续处理测试，仍然具有较高的COD和色度去除本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法，其特征在于，臭氧经过微纳米气泡发生装置实现与污水充分混合，形成臭氧饱和乳浊液；气液高度混合状态的污水在装填有非均相臭氧催化剂的固定床反应器中发生氧化反应；本方法采用连续臭氧投加，连续进出水的运行方式。/n

【技术特征摘要】
1.一种非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法，其特征在于，臭氧经过微纳米气泡发生装置实现与污水充分混合，形成臭氧饱和乳浊液；气液高度混合状态的污水在装填有非均相臭氧催化剂的固定床反应器中发生氧化反应；本方法采用连续臭氧投加，连续进出水的运行方式。


2.根据权利要求1所述非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法，其特征在于，非均相臭氧催化剂的制备过程分为载体预处理-浸渍-焙烧三个阶段，将γ-Al2O3洗净后用氢氧化钠溶液浸泡4-8h预处理；干燥后采用过量浸渍方式，浸渍液包括硝酸锰以及活性金属Ru、Pt和Ni的可溶盐中的至少一种，混合同步浸渍时间4-12h；之后在马弗炉中400-500℃焙烧4-8小时。


3.根据权利要求2所述非均相臭氧催化与微纳米气泡联用的污水处理方法，其特征在于，非均相臭氧催化剂的载体γ...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏本生，毕华奇，杨佳鑫，刘广青，张玉艳，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11