[发明专利]一种快速、高效、选择性降解水中微量苯并芘的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速、高效、选择性降解水中微量苯并芘的方法。该方法可快速、高效、选择性地去除水中的微量苯并芘污染物，适用于焦化、炼油、沥青、塑料等工业废水的深度及再生利用处理技术领域。

背景技术

近年来，煤化工、石油、塑料、焦化等化工行业不断发展，大量的多环、杂环、长链等难降解有机污染物(如多环芳烃)也随之产生。其中，苯并芘是多环芳烃中毒性最大的一种强烈致癌物，能够导致原核生物、哺乳动物细胞产生基因毒性。其通过不同的途径进入人类环境尤其是水环境中，而其分子量大、结构稳定、低水溶性的特点成为环境领域的一大处理难点。另一方面，近年来全国污水回用率持续提高，城市污水的再生利用已成为提高水资源综合利用率、缓解水资源短缺的重要途径。即使苯并芘经常规生化处理后能达到排放或回用标准，但因其强致癌性，出水中含有的微量苯并芘仍会给污水的再生利用带来不同程度的风险。因此，对于废水中微量苯并芘的去除成为环境领域的研究热点。

吸附法作为一种去除水中低水溶性、中性电荷、高分子量有机物的常用方法，对苯并芘有较高的去除率。但吸附作用去除的苯并芘污染物只是从水相转移到固相中，随着吸附剂的处置及回用，苯并芘会重新回到环境中，其对环境的危害并没有从实质上得到削弱。

一方面，国外对用臭氧氧化技术氧化处理苯并芘已做了很多研究。但研究者在研究过程中多采用将臭氧通过气泡扩散器分散于水中的模式，这使得臭氧利用率不高，产生大量的臭氧尾气。另外，研究者做出的对苯并芘的降解效果多为：在数小时内降解50％左右，且因臭氧氧化能力有限而在反应过程中产生副产物。另一方面，臭氧催化氧化技术应用于污废水处理，主要利用臭氧或臭氧化空气在催化剂的作用下产生氧化能力极强的自由基来实现对水中有机物的降解。其独特的优势在于：(1)能氧化除少数几种有机物之外的绝大多数有机物。(2)可将有机物完全矿化为CO₂和H₂O等简单、对环境无害的无机物。但臭氧催化氧化技术在实际应用时仍然存在一些问题：(1)传统的臭氧催化氧化反应器采用“气分散于水”的模式，利用气体扩散器使臭氧形成小气泡，与液相接触溶解。但其传质效率及反应速率常常不尽如人意。(2)目前已知技术的臭氧固体催化剂的制作方法一般是采用活性氧化铝、活性炭、陶瓷等作为载体，以过渡金属或过渡金属的氧化物作为催化剂的活性成分，通过浸渍、烘干、焙烧等步骤，得到催化剂产品。这些制成的固体催化剂产品存在稳定性不高、其活性成分容易随水流流走而导致臭氧催化效果降低的问题。(3)臭氧催化氧化反应后产生的尾气得不到妥善处置，造成生态环境问题。(4)臭氧催化氧化降解有机物是一个基于自由基的反应过程，其对污染物质没有选择性，难以在多种污染物共存的复杂水体中将目标物选择性去除。对于污废水中低浓度、高毒性的苯并芘而言，由于共存污染物的干扰，臭氧催化氧化技术更是有力难使，难以取得较好降解效果。中国专利(CN202924812U)公开了一种“有机废水臭氧催化氧化处理装置”，其主要特征就是通过有机废水与臭氧的逆流接触，达到去除有机物的目的，并通过臭氧破坏装置处理臭氧尾气。但是它的缺陷也是显而易见的：臭氧易随出水从反应器底部逸出，虽破坏了臭氧尾气，仍存在生态安全风险。另外，它不能选择性的处理有机物，对于低浓度有机物或特定的目标有机物的去除效果不佳，达不到有效降解微量苯并芘的目的。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种臭氧催化氧化反应去除水中微量苯并芘的臭氧催化氧化的方法，该方法易于工程实际运用、臭氧吸收效率高、反应速度快、无二次污染风险。

为达上述目的，本发明一方面构建臭氧催化氧化反应器并采用自制的分子印迹修饰催化剂，使臭氧催化氧化反应器彻底摒弃“气分散于水”的臭氧传质模式，而是采用“水分散于气”的模式：水流通过臭氧催化氧化反应器内布水板的喷淋和填料(催化剂)的切割形成液膜，液膜在下降过程中和填料不断碰撞，使得液膜厚度减小并且得到不断更新，大幅度增加了气液两相有效接触面积。因此，“水分散于气”的模式大幅度提高了臭氧的传质效率、缩短了臭氧溶解时间，能快速、高效去除水中微量苯并芘，另外一方面，增加了臭氧尾气破坏装置或采用串、并联工艺，进行臭氧尾气回收利用，消除二次污染风险。

具体工艺如下：