[发明专利]一种催化臭氧氧化水处理的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种催化臭氧氧化水处理的方法。

(二)背景技术

臭氧自1785年发现以来，作为一种强氧化剂，应用于水处理研究已有一个世纪。目前美国日本及俄罗斯等国家已在某些废水处理中采用了臭氧工艺。臭氧虽然具有很强的氧化性和杀菌能力，且本身不会产生二次污染，但也有明显的缺点，即臭氧过程中很难彻底去除水中的TOC和COD。臭氧氧化能力的选择性直接限制了其在水处理领域的推广应用。

催化臭氧化技术是一种新型的在常温常压下将那些难以用臭氧单独氧化或降解的有机物氧化的方法。催化臭氧化技术利用反应过程中产生的大量强氧化性自由基(羟基自由基)来氧化分解水中有机物从而达到水质净化。目前，该类技术主要有以下几种形式：(1)O₃/H₂O₂；(2)O₃/UV；(3)O₃/超声波；(4)O₃/金属离子；(5)O₃/固体催化剂等。

过氧化氢和金属及金属氧化物均是催化臭氧化中非常有效的催化剂，尤其是过氧化氢催化臭氧化研究较多，并且在实际中已得到广泛应用，关于这方面的报道有[童少平，《环境污染治理技术与设备》，O₃/H₂O₂加入量的简易控制方法，2006，12：46-49]、[兰霜，《环境科学与技术》，钻井废液的O₃、H₂O₂深度氧化处理研究，2009，4：163-165.]。但大多数研究表明O₃/H₂O₂高级氧化技术只有在中性及碱性条件下才具有高效的去除率。pH对O₃/H₂O₂体系的影响要归结于pH值影响臭氧在水中的分解和羟基自由基的生成。H₂O₂在水中存在如下平衡：

当pH较低时平衡逆向移动，对羟基自由基的生成不利，pH较高时，H₂O₂更容易离解为过氧化氢阴离子，促进羟基自由基的生成，但会促使水体碱度的存在与积累。在天然水体中，HCO₃^-盐以及CO₃^2-盐是主要存在的无机盐，在地表水以及地下水中的浓度一般为50～200mg·L^-1。理论上来讲，碱度(即HCO₃^-以及CO₃^2-)都是自由基的抑制剂，为此，在中性及碱性条件下其对O₃/H₂O₂氧化体系的降解效率具有十分重要的影响。

金属及其氧化物作为催化臭氧化分解的催化剂也是目前研究的热点，其催化效率因为催化剂本身的性能不同而有很大的差别。高效且具有广谱性的金属催化剂的研制依然是环保工作者的一大难题，至今没有研究小组能够做到这一点。

在本发明中将金属同相催化氧化技术与H₂O₂催化臭氧化技术联合使用，产生了金属离子/H₂O₂/O₃氧化体系。该体系可以在酸性体系下有效降解有机物，创新性十分突出。

乙酸虽然是一种可生化降解的物质，但其往往是大多数化学氧化法的最终产物，其氧化去除情况直接影响水体的矿化程度。事实上，高浓度的乙酸对活性污泥有一定的毒害作用，在实际的好氧过程中是无法处理的。因此，研究催化臭氧化降解水中乙酸具有极其重要的意义，其对化学氧化+生物氧化处理工艺的推广应用具有重要的意义。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种能够在酸性条件下有效催化臭氧氧化去除水中有机物的方法，该方法具有较高的有机物去除率和臭氧利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种催化臭氧氧化水处理的方法，包括如下步骤：