專利名稱：一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除水中有機污染物的方法。
技術(shù)背景水體中的有機物主要包括大分子天然有機物、微量有機污染物、嗅味物質(zhì)、 藻類及其代謝產(chǎn)物等。這些有機物，特別是來源于有機化工、石油化工、醫(yī)藥、 殺蟲劑及除草劑等工業(yè)過程產(chǎn)生的有機污染物，具有濃度低、毒性大的特點， 很多能產(chǎn)生致癌、致畸、致突變的作用，對人體健康危害極大，且傳統(tǒng)水處理 工藝對這些有機污染物去除效果差。目前，采用深度處理技術(shù)，如催化臭氧化的方法去除水中有機污染物；催 化臭氧化工藝中，包括以過氧化氫為催化劑的均相催化臭氧化，和以金屬氧化 物等固體為催化劑的異相催化臭氧化，但是均相催化臭氧化存在過氧化氫在水 中的剩余問題，對人體健康產(chǎn)生影響，導致了水體二次污染；而異相催化臭氧 化的氧化效果容易受到水體中雜質(zhì)的影響，降低了氧化效率，還可能生成副產(chǎn) 物溴酸鹽，導致了水體二次污染，也對人體健康產(chǎn)生影響。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有以過氧化氫為催化劑的均相催化臭氧化中的 過氧化氫剩余及以金屬氧化物等固體為催化劑的異相催化臭氧化中生成的副 產(chǎn)物溴酸鹽，均對人體健康產(chǎn)生影響且導致水體二次污染的問題，而提供一種 催化臭氧化去除水中有機污染物的方法。催化臭氧化去除水中有機污染物的方法按以下步驟實現(xiàn)a、以流化床或 固定床形式將粒徑為lnm 10cm的固體催化劑放入臭氧催化氧化接觸反應器 中，其中固體催化劑總的厚度控制在10 500cift; b、以1 50m/h的水流速度 將待處理水以順流式、逆流式或混合式的方式引入反應器，反應器前或反應器 中采用鈦板微孔曝氣、立管曝氣或周邊均勻曝氣進行臭氧布氣，臭氧的投加量 為lug/L 100mg/L，然后按臭氧投加量與過氧化氫投加量的摩爾比1 : 0.1 1 投加過氧化氫；c、控制臭氧、過氧化氫和待處理水的接觸時間為1 300min，催化劑和含臭氧、過氧化氫的待處理水的接觸時間為1 180min，即完成水中 有機污染物的去除。本發(fā)明中將均相的過氧化氫催化臭氧化工藝與異相的金屬氧化物催化臭 氧化工藝耦合起來，使兩者產(chǎn)生協(xié)同作用；加入的固體催化劑，本身具有催化 臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基的能力，可促進過氧化氫的分解，解決了過氧化氫剩 余的問題，同時過氧化氫分解過程中也會產(chǎn)生強氧化性的羥基自由基，提高了 氧化效率；加入的過氧化氫，可促進臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基，克服了水中雜 質(zhì)對氧化效率的影響，提高了氧化效率，同時臭氧加快分解進而降低了水中剩 余臭氧濃度，減少了溴酸鹽的生成，不會造成水體二次污染，不影響人體健康。本發(fā)明可作為飲用水深度處理技術(shù)應用于實際水處理過程中，全面提高對 微量有機污染物的去除效果，同時也可以提高難氧化有機物的可生化性，在與 其他水處理工藝，如生物活性炭工藝聯(lián)用時，可以提高對總有機碳的去除率， 降低水的毒性，而且也可以通過降低水中溶解性有機物濃度進而減少后續(xù)氯化 消毒工藝中氯化消毒副產(chǎn)物的生成，對飲用水水質(zhì)安全性具有全面改善作用。
具體實施方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方 式間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式催化臭氧化去除水中有機污染物的方法按以下步驟實現(xiàn)a、以流化床或固定床形式將粒徑為lnm 10cm的固體催化劑放 入臭氧催化氧化接觸反應器中，其中固體催化劑總的厚度控制在10 500cm; b、以1 50m/h的水流速度將待處理水以順流式、逆流式或混合式的方式引入 反應器，反應器前或反應器中采用鈦板微孔曝氣、立管曝氣或周邊均勻曝氣進 行臭氧布氣，臭氧的投加量為lug/L 100mg/L，然后按臭氧投加量與過氧化 氫投加量的摩爾比1 :0.1 1投加過氧化氫；c、控制臭氧、過氧化氫和待處 理水的接觸時間為1 300min，催化劑和含臭氧、過氧化氫的待處理水的接觸 時間為1 180min，即完成水中有機污染物的去除。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟a中反應器 采用管式、氧化池或氧化塔。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟a中固體催化劑為連續(xù)布置、分段或分層布置；其中在管式或氧化池式反應器中采用分段 布置，每段長度為1 100cm，中間間隔l 100cm;在氧化塔式反應器中采用 分層布置，每層厚度為1 100cm，中間間隔l 100cm。其它步驟及參數(shù)與具 體實施方式一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟a中固體催 化劑為鐵的氧化物、鐵的羥基氧化物、銅的氧化物、銅的羥基氧化物、銀的氧 化物、銀的羥基氧化物、鉛的氧化物、鉛的羥基氧化物、鋅的氧化物、鋅的羥 基氧化物、鈷的氧化物、鈷的羥基氧化物、鎳的氧化物、鎳的羥基氧化物、鉻 的氧化物、鉻的羥基氧化物、錳的氧化物、錳的羥基氧化物、鋁的氧化物、鋁 的羥基氧化物、鈦的氧化物、鈦的羥基氧化物、鎢的氧化物、鎢的羥基氧化物、 鉑的氧化物、鉑的羥基氧化物中的一種或幾種。其它步驟及參數(shù)與具體實施方 式一相同。本實施方式中固體催化劑組份為幾種時，組份之間為任意比例。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟a中固體催 化劑為活性炭、沸石、陶瓷、硅藻土或活性氧化鋁中的一種或幾種。其它步驟 及參數(shù)與具體實施方式
一相同。本實施方式中固體催化劑組份為幾種時，組份之間為任意比例。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟a中固體催 化劑為負載有鐵的氧化物、鐵的羥基氧化物、銅的氧化物、銅的羥基氧化物、 銀的氧化物、銀的羥基氧化物、鉛的氧化物、鉛的羥基氧化物、鋅的氧化物、 鋅的羥基氧化物、鈷的氧化物、鈷的羥基氧化物、鎳的氧化物、鎳的羥基氧化 物、鉻的氧化物、鉻的羥基氧化物、錳的氧化物、錳的羥基氧化物、鋁的氧化 物、鋁的羥基氧化物、鈦的氧化物、鈦的羥基氧化物、鉤的氧化物、鴇的羥基 氧化物、鉑的氧化物、鉑的羥基氧化物中的一種或幾種組份的活性炭、沸石、 陶瓷、硅藻土或活性氧化鋁。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。 本實施方式中固體催化劑組份為幾種時，組份之間為任意比例。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟a中將粒徑 為lcm的固體催化劑放入臭氧催化氧化接觸反應器中，其中固體催化劑總的 厚度控制在300cm。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟b中臭氧的 投加方式為單級投加或多級投加。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。本實施方式中的投加方式提高了臭氧利用率并保持水中臭氧濃度的基本 恒定。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟b中過氧化 氫的投加方式為單級投加或多級投加；其中采用單級投加是在臭氧投加前、臭 氧投加1 120min后或同時投加過氧化氫；采用多級投加是在臭氧投加前、臭 氧投加1 60min后或同時投加過氧化氫。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一 相同。本實施方式中過氧化氫采用多級投加方式，投加點位于每一段或每一層催 化劑的間隔位置。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟b中以 20m/h的水流速度將待處理水以順流式、逆流式或混合式的方式引入反應器， 反應器前或反應器中采用鈦板微孔曝氣、立管曝氣或周邊均勻曝氣進行臭氧布 氣，臭氧的投加量為2mg/L，然后按臭氧投加量與過氧化氫投加量的摩爾比1 : 0.5投加過氧化氫。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟c中控制 臭氧、過氧化氫和待處理水的接觸時間為20min，催化劑和含臭氧、過氧化氫 的待處理水的接觸時間為10min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
權(quán)利要求
1、一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法，其特征在于催化臭氧化去除水中有機污染物的方法按以下步驟實現(xiàn)a、以流化床或固定床形式將粒徑為1nm～10cm的固體催化劑放入臭氧催化氧化接觸反應器中，其中固體催化劑總的厚度控制在10～500cm；b、以1～50m/h的水流速度將待處理水以順流式、逆流式或混合式的方式引入反應器，反應器前或反應器中采用鈦板微孔曝氣、立管曝氣或周邊均勻曝氣進行臭氧布氣，臭氧的投加量為1ug/L～100mg/L，然后按臭氧投加量與過氧化氫投加量的摩爾比1∶0.1～1投加過氧化氫；c、控制臭氧、過氧化氫和待處理水的接觸時間為1～300min，催化劑和含臭氧、過氧化氫的待處理水的接觸時間為1～180min，即完成水中有機污染物的去除。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法， 其特征在于步驟a中固體催化劑為連續(xù)布置、分段或分層布置；其中在管式或 氧化池式反應器中采用分段布置，每段長度為1 100cm，中間間隔1 100cm; 在氧化塔式反應器中采用分層布置，每層厚度為1 100cm，中間間隔l 100cm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法， 其特征在于步驟a中固體催化劑為鐵的氧化物、鐵的羥基氧化物、銅的氧化物、 銅的羥基氧化物、銀的氧化物、銀的羥基氧化物、鉛的氧化物、鉛的羥基氧化 物、鋅的氧化物、鋅的羥基氧化物、鈷的氧化物、鈷的羥基氧化物、鎳的氧化 物、鎳的羥基氧化物、鉻的氧化物、鉻的羥基氧化物、錳的氧化物、錳的羥基 氧化物、鋁的氧化物、鋁的羥基氧化物、鈦的氧化物、鈦的羥基氧化物、鴿的 氧化物、鎢的羥基氧化物、鉑的氧化物、鉑的羥基氧化物中的一種或幾種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法， 其特征在于步驟a中固體催化劑為活性炭、沸石、陶瓷、硅藻土或活性氧化鋁 中的一種或幾種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法， 其特征在于步驟a中固體催化劑為負載有鐵的氧化物、鐵的羥基氧化物、銅的 氧化物、銅的羥基氧化物、銀的氧化物、銀的羥基氧化物、鉛的氧化物、鉛的羥基氧化物、鋅的氧化物、鋅的羥基氧化物、鈷的氧化物、鈷的羥基氧化物、 鎳的氧化物、鎳的羥基氧化物、鉻的氧化物、鉻的羥基氧化物、錳的氧化物、 錳的羥基氧化物、鋁的氧化物、鋁的羥基氧化物、鈦的氧化物、鈦的羥基氧化 物、鎢的氧化物、鎢的羥基氧化物、鉑的氧化物、鉑的羥基氧化物中的一種或 幾種組份的活性炭、沸石、陶瓷、硅藻土或活性氧化鋁。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法， 其特征在于步驟a中將粒徑為lcm的固體催化劑放入臭氧催化氧化接觸反應 器中，其中固體催化劑總的厚度控制在300cm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法， 其特征在于步驟b中臭氧的投加方式為單級投加或多級投加。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法， 其特征在于步驟b中過氧化氫的投加方式為單級投加或多級投加；其中采用單 級投加是在臭氧投加前、臭氧投加1 120min后或同時投加過氧化氫；，用多 級投加是在臭氧投加前、臭氧投加1 60min后或同時投加過氧化氫。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法， 其特征在于步驟b中以20m/h的水流速度將待處理水以順流式、逆流式或混合 式的方式引入反應器中，反應器前或反應器中采用鈦板微孔曝氣、立管曝氣或 周邊均勻曝氣進行臭氧布氣，臭氧的投加量為2mg/L，然后按臭氧投加量與過 氧化氫投加量的摩爾比1 : 0.5投加過氧化氫。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法， 其特征在于步驟c中控制臭氧、過氧化氫和待處理水的接觸時間為20min，催 化劑和含臭氧、過氧化氫的待處理水的接觸時間為10min。
全文摘要
一種催化臭氧化去除水中有機污染物的方法，它涉及一種去除水中有機污染物的方法。它解決了現(xiàn)有以過氧化氫為催化劑的均相催化臭氧化中的過氧化氫剩余及以金屬氧化物等固體為催化劑的異相催化臭氧化中生成的副產(chǎn)物溴酸鹽，均對人體健康產(chǎn)生影響且導致水體二次污染的問題。方法a.在反應器中布置催化劑；b.投加臭氧和過氧化氫；c.控制臭氧、過氧化氫和待處理水的接觸時間，即完成水中有機污染物的去除。本發(fā)明中解決了過氧化氫剩余的問題，減少了溴酸鹽的生成，不會造成水體二次污染，不影響人體健康，適合作為飲用水深度處理技術(shù)應用于實際水處理過程中。
文檔編號C02F1/78GK101327985SQ200810136850
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日
發(fā)明者王勝軍, 軍 馬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學