一种基于臭氧的废水氧化处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于臭氧的废水氧化处理方法，包括以下步骤：1）采用浸渍

A method of wastewater oxidation treatment based on ozone

【技术实现步骤摘要】
一种基于臭氧的废水氧化处理方法


[0001]本专利技术涉及废水处理
，具体是指一种基于臭氧的废水氧化处理方法。

技术介绍

[0002]废水一般包括生活废水和工业废水，其处理过程一般包括物理处理法、生物处理法和化学处理法。果废水中成分较为复杂，如包含四环素等抗生素，这类较难通过污泥处理法和生物处理法除去和降解的物质，则需要对废水进行氧化处理，以实现这类物质的处理过程，整体降低废水中总有机碳的含量。
[0003]臭氧具有强氧化性，能对废水中的难降解有机物有效降解，其氧化技术被认为是一种安全、清洁的水处理技术。然而，高能量需求和操作成本、低氧化效率和对有机底物的选择性限制了其大规模工业应用。将臭氧与固相催化剂结合可以加速臭氧分解为羟基自由基(
·
OH)，并以某种方式克服单独臭氧化的局限性。羟胺(Hydroxylamine，HA)是一种分子式为NH2OH的含氮无机物，人工合成的酸式盐(如盐酸羟胺(NH2OH
·
HCl)、硫酸羟胺(NH2OH
·
1/2H2SO4)并在工业上得到广泛应用。近年来，有研究将HA用于活化过氧化氢(H2O2)、过硫酸盐(PMS)、高铁酸盐(Fe(VI))和高碘酸盐(IO4‑
)，并将HA投加到Fe/Cu芬顿及类芬顿和Fe(II)/Fe(III)/PS体系中，均增加了体系对目标染污物的氧化去。虽然众多研究已经表明铁基催化剂、HA能有效催化/强化O3氧化性能，但未见有关于铁基催化剂、HA与O3三者的共同作用的相关报道。
专利
技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种以HA/Fe
‑
Al2O3/O3体系氧化处理废水，能量需求低，氧化效率高的基于臭氧的废水氧化处理方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于臭氧的废水氧化处理方法，包括以下步骤：
[0006](1)采用浸渍
‑
煅烧法制备Fe
‑
Al2O3催化剂；
[0007](2)用pH调节剂调节废水的pH值，使得废水的初始pH为3.3～7.7；
[0008](3)不断搅拌调节好初始pH值的废水，向其中通入臭氧，并立即加入Fe
‑
Al2O3催化剂与羟胺溶液，搅拌反应20～50min即完成对废水的氧化处理过程。
[0009]本技术方案技术原理为：
[0010]①
Fe
‑
Al2O3与O3之间的作用。
[0011]与单独O3氧化和单独Fe
‑
Al2O3相比，Fe
‑
Al2O3/O3对TOC的去除率得到极大的提升，表明Fe
‑
Al2O3能很好的催化O3。这可以归结于以下3点：1)Fe
‑
Al2O3表面的Fe氧化物在酸性或中性条件下，表面能产生羟基，羟基被O3吸收后产生
·
OH，进一步氧化污染物；2)溶液中的O3会在γ
‑
Al2O3的作用下产生
·
OH，吸附于Fe
‑
Al2O3的TC及降解中间产物会在溶液及催化剂表面产生的
·
OH作用下氧化降解；3)在酸性条件下，溶液中的H
+
会侵蚀负载于γ
‑
Al2O3表面的Fe氧化物，产生Fe
2+
/Fe
3+
，Fe
2+
/Fe
3+
会促进O3产生
·
OH，增强体系对污染物的氧化作用，见
式(4)～(9)。
[0012]FeO+2H
+
→
Fe
2+
+H2O
ꢀꢀꢀ
(4)
[0013]Fe2O3+6H
+
→
2Fe
3+
+3H2O
ꢀꢀꢀ
(5)
[0014]Fe
2+
+O3→
O2+FeO
2+
ꢀꢀꢀ
(6)
[0015]H2O+FeO
2+
→
·
OH+Fe
3+
+OH
—
ꢀꢀꢀ
(7)
[0016]Fe
2+
+FeO
2+
+2H
+
→
H2O+2Fe
3+
ꢀꢀꢀ
(8)
[0017]Fe
3+
+O3→
FeO
2+
+
·
OH+O2+H
+
ꢀꢀꢀ
(9)
[0018]②
HA与O3之间的作用。
[0019]之前的研究表明，HA与O3之间的反应主要受pH的影响。当pH<5.96时，HA在溶液中主要以NH3OH
+
形式存在，当5.96<pH<13.74时，HA在溶液中主要以NH2OH形式存在，而当在pH>13.74时，HA在溶液中主要以NH2O
‑
形式存在。在酸性、中性和弱碱性的条件下，HA均能促进O3的分解，即质子化和非质子化都能促进O3的分解。进一步发现，不同形态HA与O3的反应速率不同，非质子化与O3的反应速率要远快于和质子化与O3的反应速率。在酸性条件下，HA与O3主要的反应如下：
[0020]+
NH3O
—
+O3→
NH3O
·
+
+O3·
—
ꢀꢀꢀ
(10)
[0021]O3·
—
+H
+
→
HO3·
ꢀꢀꢀ
(11)
[0022]HO3·
→
·
OH+O2ꢀꢀꢀ
(12)
[0023]而在本申请中，在pH为4.5时，HA的存在均提高了TOC的去除率，其中HA/O3(39.11％)比单独O3(13.54％)提高了25.77％，HA/Fe
‑
Al2O3/O3(75.2％)比Fe
‑
Al2O3/O3(63.69％)提高了11.67％，这表明NH3OH
+
能促进O3的分解，本申请中HA与O3的反应遵循式(10)～(12)。
[0024]③
HA与Fe
‑
Al2O3之间的作用。
[0025]在pH为4.5的条件下，HA的主要以NH3OH
+
形式存在，而此时γ
‑
Al2O3也带正电，两者之间相互排斥，因此HA主要存在于溶液之中，但仍可能有部分的HA与Fe
‑
Al2O3表面的Fe
3+
反应。溶液中的HA会与被侵蚀出来的Fe...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于臭氧的废水氧化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用浸渍
‑
煅烧法制备Fe
‑
Al2O3催化剂；(2)用pH调节剂调节废水的pH值，使得废水的初始pH为3.3～7.7；(3)不断搅拌调节好初始pH值的废水，向其中通入臭氧，并立即加入Fe
‑
Al2O3催化剂与羟胺溶液，搅拌反应20～50min即完成对废水的氧化处理过程。2.根据权利要求1所述的一种基于臭氧的废水氧化处理方法，其特征在于，所述步骤(1)采用浸渍
‑
煅烧法制备Fe
‑
Al2O3催化剂的具体过程为：(1.1)称取干净的活性γ
‑
Al2O3，在纯水中常温搅拌浸渍12h，随后在100℃干燥12h，并在马弗炉中空气气氛下于500℃焙烧4h；(1.2)将经过焙烧的载体在30％硝酸溶液中70℃恒温搅拌浸渍活化1h；(1.3)经活化的γ
‑
Al2O3与0.75mol
·
L
‑1的硝酸铁混合，于50℃水浴锅连续搅拌1h，取出后过滤静置1h；(1.4)浸渍后的催化剂在120℃干燥12h，最后于空气气氛下的马弗炉中500℃焙烧4h，冷却至室温即得到Fe
‑
Al2O3催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘志成，马丽丽，刘宇程，马鹏超，费俊杰，白杨，彭玉梅，钟亚萍，邱恋，
申请(专利权)人：海天水务集团股份公司，
类型：发明
国别省市：