梯度臭氧催化氧化降解水中有机污染物的方法技术

梯度臭氧催化氧化降解水中有机污染物的方法，涉及降解水中有机污染物的梯度臭氧催化氧化组合方法。解决现有高级氧化技术单独使用均存在不足，不能高效去除水中有机污染物，使用时受水体pH值和温度影响大，且会产生毒性更强副产物的问题。本发明专利技术方法通过将O3单独处理、O3强化催化氧化工艺和O3/UV工艺中两种或者三种顺次组合对水体进行处理实现。本发明专利技术通过三种处理方式的合理优化、梯度组合，适用于宽pH值和宽温度范围，控制中间毒性污染物生成并降低毒性，高效彻底地降解水中污染物，控制出水中氧化性物种含量。在低温下保持高效的氧化处理效果，能够大大控制溴酸盐、亚硝基二甲胺、氯酸盐、高氯酸盐、碘酸盐、高碘酸盐的生成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种降解水中有机污染物的梯度臭氧催化氧化组合方法。
技术介绍
近年来，水体受到日趋广泛的污染，包括内分泌干扰物(EDCs)、药物(PPCPs)、农药、抗生素、持久性有机污染物(POPs)等微量有机污染物以及重金属污染，常规水处理工艺对其去除能力明显不足，加氯消毒还会产生对人体健康危害更大的消毒副产物(DBPs)， 具有“三致”(致癌、致畸、致突变)作用，严重危害饮用者的身体健康。因此，以最大可能的去除水中微量有机污染物、消毒副产物等为目的的饮用水深度净化工程，意义重大。高级氧化技术(Advaced Oxidation Technologies，简称Α0Τ)又称深度氧化技术， 是利用活性极强的自由基(如·0Η)氧化分解水中高稳定性、难降解的有机污染物的新型氧化除污染技术，主要包括i^nton试剂法及类!^enton试剂法、臭氧及组合工艺法、半导体光催化氧化法、高铁酸盐类氧化法。Fenton试剂法是利用二价铁离子0 2+)和H2A产生的· OH氧化污染物的一种方式。但是其适用的PH范围窄，要求强酸性；三价铁铁泥易积累；H2A投量大、能耗高。半导体光催化氧化技术是利用半导体催化剂在UV辐射下产生强氧化能力的自由基氧化水中的有机物。其主要缺点是=TiO2粉末颗粒细微不便回收；处理费用较高；设备复ο高铁酸盐(高锰酸盐)氧化法是利用高铁酸盐(高锰酸盐)在整个PH范围内具有强氧化性，对水中有机污染物进行氧化去除。其主要缺点是能够产生中间毒性物质；能够去除的物质比较有限且不能彻底矿化；反应过程对温度、PH范围以及配体情况要求比较严格。臭氧作为一种常用的绿色氧化剂，广泛应用于饮用水与污水处理中，其衍生出来的多种高级氧化方式，包括臭氧氧化、03/H202、03/超声、03/UV、03/高锰酸钾、O3过渡离子均相催化、O3/羟基氧化铁(羟基氧化锌)异相催化、O3/蜂窝陶瓷/超声联用等。但是各种不同的臭氧氧化方式，各有各的优势与不足。臭氧氧化反应体系，是利用臭氧和臭氧氧化产生的· OH降解有机物。臭氧是选择性氧化剂，氧化电位为2. 07V，氧化能力稍弱，只能氧化一些易于被氧化的有机物；臭氧产生的·0Η的氧化电位为2. 8V，是强氧化剂，无选择性，可以与水中绝大部分有机物反应。单纯臭氧使用方便，是一种绿色氧化剂，能氧化水中大部分有机污染物，是一种非常有效的氧化剂。但是，臭氧氧化受温度、PH值影响很大，低温效果差，低ρΗ值基本无高级氧化能力； 处理过程中臭氧利用效率低，且溴酸盐产生浓度高；水中剩余臭氧浓度高，需要额外添加还原剂进行处理；对于难降解的污染物氧化速度慢。O3M2O2法主要利用臭氧和过氧化氢协同作用可以产生具有极强氧化能力的羟基自由基，H2O2的引入，能够提高臭氧的氧化速度，使其受温度和ρΗ的影响稍小，但是其缺点为受温度、PH影响稍大；也能产生一定浓度的溴酸盐；需要投加03和吐02，能耗高；中间活性物种实际有效利用率低；水中剩余O3和H2A浓度高，需要投加额外的还原剂除O3和H2O2， 且容易对后续生物活性炭工艺的应用产生不利影响。O3/超声法，引入超声，能够强化臭氧的氧化速度，加速传质过程，提高气态臭氧的利用效率；其主要缺点是要引入超声设备，运行管理复杂且能耗高；受温度、PH影响大；溴酸盐产生浓度高；臭氧的利用率低，水中剩余臭氧浓度高，可能产生一些如H2A等中间副产物，需要额外添加还原剂进行处理。O3催化法，催化剂的引入可以明显提高臭氧的氧化处理速度，在一定程度上，某种特定催化剂可以抑制溴酸盐的生成。但是，催化剂本身容易受污染，容易失去催化活性；且催化剂易流失，容易释放重金属离子进入水体，引起二次污染；臭氧的利用效率没有明显提高，能生成一些如H2A等中间副产物，需要额外添加还原剂进行处理；也能产生一定浓度的溴酸盐；温度、PH值对其也有较明显的影响。03/UV法，紫外作为新兴的高级氧化技术，具有绿色、安全、环保、方便等优势，与臭氧结合，可以大幅度提高臭氧的分解速度，提高其氧化速率和利用效率；通过减少臭氧的 CT值，可以减少溴酸盐、氯酸盐和碘酸盐的生成量；基本不受温度和PH值影响；水中残余臭氧浓度低；生成的中间毒性物种少，抑制亚硝酸根离子(N02_)的产生，有效抑制消毒副产物的生成，生物毒性明显降低；可以充分利用水中的金属离子协同催化。但是，该技术臭氧的氧化能力没有得到充分利用，部分易氧化的有机物竞争体系中的羟基自由基，造成效率的下降；紫外的穿透能力一定程度上受水体本身的影响，造成紫外利用效率偏低；处理成本相对较高；若单独用作高级氧化处理，反应器庞大且构造复杂，不利于操作、运营与管理。综上所述，高级氧化作为一种新型氧化除污染技术，在处理微污染水源水以及降解难去除有机污染物方面，具有广泛的应用价值；但是各个技术在应用时，都具有一定程度的缺陷，其中，o3/uv法由于具有控制溴酸盐生成、生成中间毒性物种少等优势，在实际应用中更具有实用性；但是，紫外穿透能力受水体本身影响大、紫外利用率偏低，单独应用反应器庞大复杂造成成本偏高等缺点也不容忽视。因此可以考虑采用多种工艺联用技术，以O3/ UV工艺为核心联用其他高级氧化技术，弥补其不足，实现有机污染物的高效、安全、经济的去除。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有高级氧化技术单独使用时，均存在不足，不能高效去除水中有机污染物，使用时受水体的PH值和温度影响大，并且会产生毒性更强的副产物的问题，本专利技术提供了，可以高效安全的降解水中有机污染物。本专利技术的是通过将以下三种处理方式中的两种或者三种进行顺次组合，利用臭氧浓度的梯度变化对水体进行氧化处理实现的，第一种处理方式为O3单独处理，第二种处理方式为O3强化催化氧化工艺；第三种处理方式为o3/uv工艺。其中，第一种处理方式03单独处理的处理方法为向水体中投加03进行处理，控制水体中投加的O3的浓度为0. 5 30mg/L，水利停留时间为0. 5 30min ；O3的投加方式为以臭氧气体或者以臭氧水的形式投加，将臭氧一次性投加或者分段多点投加。第二种处理方式O3强化催化氧化工艺的处理方法为向水体中投加03，并在投加 O3的同时或者投加O3后对水体施加强化手段，控制水体中投加的O3的浓度范围为0. 5 25mg/L，水力停留时间为1 20min，其中，强化手段是功率为1 10000W的超声能场处理， 向水体中投加H2A或者向水体中投加催化剂，控制水体中投加的H2A的浓度为0. 2 20mg/ L，投加的催化剂的浓度为0. 1 20mg/L。所述催化剂为均相金属离子催化剂或者多相催化剂，均相催化剂为铁、锰、纳米TW2或者纳米CeO2,多相催化剂为Ti02、Ce02、羟基氧化铁、羟基氧化锌、活性炭或者蜂窝陶瓷填充或负载在载体上，载体为陶瓷、硅胶或者活性炭。第三种处理方式03/UV工艺的处理方法为向水体中投加03，并同时对水体进行紫外光辐照，控制水体中投加的O3的浓度范围为0. 1 10mg/L，紫外光计量为1. 5 10000 焦耳/升，水力停留时间为0. 1 5min。其中紫外光由低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、汞齐紫外灯、准分子激发紫外灯、氙灯和商灯中的一种或者几种紫外灯提供；紫外灯的布置方式为浸没式或悬空辐照式。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．梯度臭氧催化氧化降解水中有机污染物的方法，其特征在于梯度臭氧催化氧化降解水中有机污染物的方法是通过将以下三种处理方式中的两种或者三种进行顺次组合，利用臭氧浓度的梯度变化对水体进行氧化处理实现的，第一种处理方式为Ｏ３单独处理，第二种处理方式为Ｏ３强化催化氧化工艺；第三种处理方式为Ｏ３／ＵＶ工艺；其中，第一种处理方式Ｏ３单独处理的处理方法为：向水体中投加Ｏ３进行处理，控制水体中投加的Ｏ３的浓度为０．５～３０ｍｇ／Ｌ，水利停留时间为０．５～３０ｍｉｎ；第二种处理方式Ｏ３强化催化氧化工艺的处理方法为：向水体中投加Ｏ３，并在投加Ｏ３的同时或者投加Ｏ３后对水体施加强化手段，控制水体中投加的Ｏ３的浓度范围为０．５～２５ｍｇ／Ｌ，水力停留时间为１～２０ｍｉｎ，其中，强化手段是功率为１～１００００Ｗ的超声能场处理，向水体中投加Ｈ２Ｏ２或者向水体中投加催化剂，控制水体中投加的Ｈ２Ｏ２的浓度为０．２～２０ｍｇ／Ｌ，投加的催化剂的浓度为０．１～２０ｍｇ／Ｌ；所述催化剂为均相金属离子催化剂或者多相催化剂；第三种处理方式Ｏ３／ＵＶ工艺的处理方法为：向水体中投加Ｏ３，并同时对水体进行紫外光辐照，控制水体中投加的Ｏ３的浓度范围为０．１～１０ｍｇ／Ｌ，紫外光计量为１．５～１００００焦耳／升，水力停留时间为０．１～５ｍｉｎ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马军，李旭春，岳思阳，关英红，陈丽玮，谢鹏超，邹景，杨文花，杨一，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93