申请日2005.01.19
公开(公告)日2005.08.24
IPC分类号C02F1/78
摘要
一种新型的臭氧高级氧化水处理方法。本发明涉及一种水处理方法。它由以下步骤完成：a.用浓度为10-7～102mol/L的碱性溶液与过氧化氢水溶液混合，使过氧化氢水溶液的pH值在7～14之间;b.将过氧化氢碱性水溶液加入到水中与臭氧结合氧化水中有机物。本发明可使O3/H2O2高级氧化方法中的过氧化氢投加量大为降低，去除水中有机物的效率明显提高，水中过氧化氢剩余量大大降低，解决了O3/H2O2高级氧化方法中剩余过氧化氢造成的二次污染问题，该处理方法具有操作简单，作业效率高、工作可靠、推广前景广阔的优点。
权利要求书
1、一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，其特征在于它由以下步骤完成： a、用浓度为10-7～102mol/L的碱性溶液与过氧化氢水溶液混合，使过氧化氢水 溶液的pH值在7～14之间;b、将过氧化氢碱性水溶液加入到水中与臭氧结合 氧化水中有机物。
2、根据权利要求1所述的一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，其特征 在于a步骤用浓度为10-6mol/L的碱性溶液与过氧化氢水溶液混合，使过氧化 氢水溶液的pH值为8。
3、根据权利要求1所述的一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，其特征 在于a步骤用浓度为101mol/L的碱性溶液与过氧化氢水溶液混合，使过氧化 氢水溶液的pH值为13。
4、根据权利要求1所述的一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，其特征 在于a步骤用浓度为10-2mol/L的碱性溶液与过氧化氢水溶液混合，使过氧化 氢水溶液的pH值为10.5。
5、根据权利要求1所述的一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，其特征 在于a步骤的碱性溶液与过氧化氢水溶液在多孔材料混合器或膜混合器内混 合;b步骤的过氧化氢碱性水溶液采用在管道中以投加、混合交替进行的方式 分点加入到水中。
6、根据权利要求1所述的一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，其特征 在于a步骤的碱性溶液与过氧化氢水溶液在多孔材料混合器或膜混合器内混 合;b步骤的过氧化氢碱性水溶液采用在每个水池中分别以投加、混合交替进 行的方式加入到水中。
7、根据权利要求1所述的一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，其特征 在于b步骤的过氧化氢碱性水溶液用多孔材料混合器或膜混合器加入到水中。
8、根据权利要求1所述的一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，其特征 在于b步骤的过氧化氢碱性水溶液加入到水中与臭氧、均相催化剂或多相催 化剂结合氧化水中有机物。
9、根据权利要求8所述的一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，其特征 在于所述的多相催化剂为固态金属或金属氧化物或负载在载体上的金属。
10、根据权利要求8所述的一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，其特 征在于所述的均相催化剂为金属离子。
说明书
一种新型的臭氧高级氧化水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种水处理方法，具体涉及一种新型的臭氧高级氧化水处理 方法。
背景技术：
随着工农业生产的发展，各种生产废水和生活污水未达到排放标准就直 接进入到水体中，对地表水源造成了极大的危害，水源水质也因此而急剧下 降，水体中的有机污染物对人类的健康存在着潜在威胁，特别是持久性有毒 有害有机物较长时间稳定地存在于水中，利用传统的水处理方法对这些高稳 定性有机污染物去除效果有限。采用高级氧化技术通过产生高氧化性的羟基 自由基来氧化有机物，具有反应速度快、无选择性、反应条件温和、不会产 生二次污染的特点，被认为是解决有机污染的有效手段。O3/H2O2处理方法是 应用于饮用水处理中的一种最为广泛和有效的高级氧化方法，日本在20世纪 70年代末开始研究，美国在80年代将其用于城市污水处理中。臭氧本身具有 很强的氧化性，对很多的有机物有去除作用，但对某些卤代烃及农药等有机 物的氧化效果较差，将过氧化氢与臭氧结合使用可大大提高氧化效率。例如 O3在pH=2时氧化氯苯的速率很慢(其动力学的速率常数为0.06～3M-1S-1)， 但用O3/H2O2处理方法氧化时，降解效率可大大提高(其动力学的速率常数为 4～5×109M-1S-1)。O3/H2O2处理方法对农药久效磷也具有很好的去除效果， 20min内去除率达95%以上。国内外研究表明， O3/H2O2似乎是所有高级氧化 过程中最为经济有效处理饮用水的方法，尤其是水中有机物不能与紫外光反 应时更为有效。但采用O3/H2O2处理方法降解水中污染物，水在处理后会存在 剩余H2O2，造成水质二次污染，对水质产生副作用，并消耗后续的余氯，影 响消毒效果，因而制约了O3/H2O2在生产中的推广应用。
发明内容：
本发明的目的是提供一种用于污水处理或饮用水深度处理并具有降解有 机物效率高、过氧化氢投加量少的一种新型的臭氧高级氧化水处理方法。它 由以下步骤完成：a、用浓度为10-7～102mol/L的碱性溶液与过氧化氢水溶液混 合使过氧化氢水溶液的pH值在7～14之间;b、将过氧化氢碱性水溶液加入到 水中与臭氧结合氧化去除水中有机物。
本发明具有以下有益效果：1、传统的用O3/H2O2降解水中污染物的水处 理方法存在处理后水中剩余过氧化氢量较多，造成水质二次污染的问题，为 了解决这个问题，本发明利用过氧化氢与碱反应生成的HO2 -促进臭氧转化为 具有很强氧化能力的羟基自由基，强化分解水中有机污染物，特别是高稳定 性有毒有害的有机污染物(如农药、卤代有机物、硝基化合物等)。2、HO2 - 的制备方法是将过氧化氢与一定浓度的碱性溶液瞬间混合，使过氧化氢水溶 液的pH值呈碱性，pH值范围在7-14之间，然后将该碱性过氧化氢水溶液与 臭氧氧化水处理过程结合去除水中高稳定性有机物。本发明的具体反应机理 如下：
水中的过氧化氢存在一个离解平衡：
H2O2+H2O�HO2-+H3O+ pka=11.8
在O3/H2O2中上述反应生成的HO2 -离子是自由基HO·产生的诱发剂。
O3+HO2-→・OH+O2・-+O2
自由基HO·一旦产生，就发生如下的链反应：
O3+・OH→HO2・+O2
O3+O2・-→O3・-+O2
O3・-+H2O→・OH+O2+OH-
除了上述反应外，还存在HO·自由基与H2O2的反应，但HO·自由基与 H2O2的反应比上述反应慢得多，故可被忽略。溶液中存在有机污染物P，则 反应为：
P+HO・→产物或中间物
此外，有机物P与臭氧的直接氧化反应为：
P+O3→产物或中间物
链的终止反应为：
HO・+HO2・→O3+H2O
同时也存在下面的平衡：
2H2O�H3O++OH-
从上述分析中可以看出在水处理中起主要作用的强氧化性的HO·自由基 的浓度与水溶液中的HO2 -离子浓度有很大关系，提高HO2 -离子浓度势必促 进强氧化性HO·的生成。3HO2 -的制备方法是将过氧化氢与一定浓度的碱性 溶液瞬间混合后，提高过氧化氢水溶液的pH值，从而增加了水中过氧化氢的 离解度。4、将过氧化氢碱性水溶液结合臭氧与受污染的水充分混合，可促进 水中有机污染物降解，本发明与现行的O3/H2O2高级氧化工艺相比具有氧化效 率高、药剂用量少、水中药剂剩余量少、对水质的副作用小等特点。5、本发 明还可将过氧化氢碱性水溶液通过多孔材料混合器或膜混合器均匀分散的加 入到含有机污染物的水中，使有机污染物能够得到高效降解。6、本发明还可 将O3/H2O2高级氧化技术与多相、均相催化剂结合，不但可提高HO2 -对水质 的适应能力，提高对有机污染物的去除率，还可进一步降低过氧化氢剩余浓 度，多相、均相催化剂能够分解前段O3/H2O2高级氧化过程中剩余的过氧化氢。 7、本发明由于采用了调解过氧化氢水溶液pH值的方法，使得O3/H2O2去除 难降解有机物的过程得到了强化，大幅度地提高了O3/H2O2去除难降解有机污 染物的处理效率，降低了过氧化氢的投加量，解决了过氧化氢二次污染的问 题。8、本发明的处理方法具有工艺先进，操作简单，作业效率高、工作可靠， 推广价值广阔等优点。
具体实施方式：
具体实施方式一：本发明涉及一种新型的臭氧高级氧化水处理方法，它由 以下步骤完成：a、用浓度为10-7～102mol/L的碱性溶液与过氧化氢水溶液混合， 使过氧化氢水溶液的pH值在7～14之间;b、将过氧化氢碱性水溶液加入到受 污染水中与臭氧结合氧化水中有机物。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：a步骤用浓 度为10-6mol/L的碱性溶液与过氧化氢水溶液混合，使过氧化氢水溶液的pH 值为8。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：a步骤用浓 度为101mol/L的碱性溶液与过氧化氢水溶液混合，使过氧化氢水溶液的pH 值为13。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：a步骤用浓 度为10-2mol/L的碱性溶液与过氧化氢水溶液混合，使过氧化氢水溶液的pH 值为10.5。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：a步骤的碱 性溶液与过氧化氢水溶液在多孔材料混合器或膜混合器内混合;b步骤的过氧 化氢碱性水溶液采用在管道中以投加、混合交替进行的方式分点加入到水中; 所述的多孔材料混合器的多孔材料为聚四氟乙烯，所述的膜混合器的膜材料 为PVDF膜或聚四氟乙烯膜或不锈钢膜或钛板膜或陶瓷膜。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：a步骤的碱 性溶液与过氧化氢水溶液在多孔材料混合器或膜混合器内混合;b步骤的过氧 化氢碱性水溶液采用在每个水池中分别以投加、混合交替进行的方式加入到 水中。该具体实施方式适用于大水厂的水处理中。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五、具体实施方式六的不 同点是：b步骤的过氧化氢碱性水溶液用多孔材料混合器或膜混合器加入到水 中。采用多孔材料混合器或膜混合器可将HO2 -均匀地分散到水中与有机污染 物作用。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：b步骤的过 氧化氢碱性水溶液加入到水中与臭氧、均相催化剂或多相催化剂结合氧化水 中有机物;所述的多相催化剂为固态金属或金属氧化物或负载在载体上的金 属;所述的均相催化剂为金属离子。选用均相催化剂或多相催化剂可提高对 有机污染物的去除率。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：a、步骤的 过氧化氢和碱性溶液预先用搅拌器进行强制瞬间混合成为高浓度的过氧化氢 碱性水溶液。