申請日2015.09.07

　　公開(公告)日2018.02.09

　　IPC分類號C02F9/08

　　摘要

　　本發(fā)明涉及了一種高效去除工業(yè)廢水中有機(jī)污染物的方法，包括以下操作：采用底部微孔曝氣方式，將O2和O3混合氣通入臭氧接觸器;通入混合氣的同時，將待處理水體注入所述臭氧接觸器，水力停留時間為10～20min，即時輸出水體;在所述水力停留時間內(nèi)：先在位于臭氧接觸器底部的陰、陽電極兩端通直流電，結(jié)束通電后，再在剩余的水力停留時間內(nèi)用紫外光照射水體。本發(fā)明提供的方法將紫外光照射、臭氧氧化與電化學(xué)法相結(jié)合，通過對三者參與反應(yīng)的時間和具體參數(shù)進(jìn)行合理限定，實(shí)現(xiàn)了各因素的協(xié)同作用，在提高了水體中有機(jī)污染物降解率的同時，顯著提高了水體的礦化率，氧化還原能力強(qiáng)，且不需要有機(jī)碳源，節(jié)省了能源消耗。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種高效去除工業(yè)廢水中有機(jī)污染物的方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：

　　采用底部微孔曝氣方式，將O3體積百分比為5～10%的O2和O3混合氣通入臭氧接觸器;通入混合氣的同時，將待處理水體注入所述臭氧接觸器，水力停留時間為10～20min，即時輸出水體，即可;

　　所述O3的傳質(zhì)量與待處理水體體積之比為50～100mg/L;

　　在所述水力停留時間的前40～60%時間內(nèi)，在位于臭氧接觸器底部的陰、陽電極兩端通直流電，陰極端電流密度為25～40mA/cm2;結(jié)束通電后，再在剩余的水力停留時間內(nèi)用紫外光照射水體;

　　所述待處理水體的TOC濃度為1～50mg/L，pH值為6～8，電導(dǎo)率大于700μS/cm，F(xiàn)e2+濃度為20～200mg/L。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述待處理水體的TOC濃度為10～30mg/L，pH值為6.5～7.5，電導(dǎo)率為1000～8000μS/cm，F(xiàn)e2+濃度為50～150mg/L。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1～2任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述待處理水體中TOC的來源包括硝基苯、氯苯和苯甲醛。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1～2任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述紫外光照射具體為：用發(fā)射250～260nm波長紫外光的低壓汞燈持續(xù)照射水體。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述紫外光照射具體為：用發(fā)射250～260nm波長紫外光的低壓汞燈持續(xù)照射水體。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合氣由以下方法制備而成：將O2通入臭氧發(fā)生器，制備得到O3體積百分比為5～10%的O2和O3混合氣。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，陽極選自面積為5～20cm2的Pt電極、石墨電極、摻硼金剛石電極、Pt/C電極、鈦鍍釕銥電極、鈦鍍釕電極、鈦鍍鉑電極、鈦基鍍銥電極、鈦基鍍銠電極、鈦基鍍二氧化銥電極、不銹鋼電極、鎳電極或含兩種以上過渡金屬的合金電極，所述含兩種以上過渡金屬的合金電極為鋁合金電極、鈦合金電極、銅合金電極或鋅合金電極;

　　所述陰極選自面積為5～20cm2的石墨電極、玻璃碳電極、活性炭纖維電極或氣體擴(kuò)散電極，所述氣體擴(kuò)散電極為炭紙/布/氈-聚四氟乙烯電極、活性炭-聚四氟乙烯電極、炭黑-聚四氟乙烯電極、碳納米管-聚四氟乙烯電極或石墨烯-聚四氟乙烯電極。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述陽極為面積6～10cm2的Pt片電極;所述陰極為面積10～15cm2的炭黑-聚四氟乙烯氣體擴(kuò)散電極。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5～8任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述水力停留時間的前40～60%時間內(nèi)，在位于臭氧接觸器底部的陰、陽電極兩端通直流電，陰極端電流密度為32～38mA/cm2;結(jié)束通電后，再在剩余的水力停留時間內(nèi)用紫外光照射水體。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述水力停留時間的前40～60%時間內(nèi)，在位于臭氧接觸器底部的陰、陽電極兩端通直流電，陰極端電流密度為32～38mA/cm2;結(jié)束通電后，再在剩余的水力停留時間內(nèi)用紫外光照射水體。

　　11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述水力停留時間的前40～60%時間內(nèi)，在位于臭氧接觸器底部的陰、陽電極兩端通直流電，陰極端電流密度為32～38mA/cm2;結(jié)束通電后，再在剩余的水力停留時間內(nèi)用紫外光照射水體。

　　12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：

　　將O2通入臭氧發(fā)生器，制備得到O3體積百分比為5～10%的O2和O3混合氣，采用底部微孔曝氣方式將所述混合氣通入臭氧接觸器;通入混合氣的同時，將待處理水體從底部注入所述臭氧接觸器，水力停留時間為10～20min，即時輸出水體，即可;

　　所述O3的傳質(zhì)量與待處理水體體積之比為70～80mg/L;

　　在所述水力停留時間的前45～55%時間內(nèi)，在位于臭氧接觸器底部的陰、陽電極兩端通直流電，陰極端電流密度為32～35mA/cm2;結(jié)束通電后，再在剩余的水力停留時間內(nèi)用發(fā)射250～260nm波長紫外光的低壓汞燈持續(xù)照射水體。

　　13.權(quán)利要求1～12任意一項(xiàng)所述方法在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用。

　　說明書

　　一種高效去除工業(yè)廢水中有機(jī)污染物的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本專利涉及廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種高效去除工業(yè)廢水中有機(jī)污染物的方法。

　　背景技術(shù)

　　在水體大量存在的有機(jī)污染物對水生生物的生存環(huán)境造成了巨大的威脅。而這些有機(jī)物由于具有低濃度、高危害且高穩(wěn)定性等特征，不能被傳統(tǒng)的常規(guī)工藝有效去除，如難于生物降解，一般城市污水處理廠傳統(tǒng)的物化及生物處理方法都很難將其高效的去除。因此，對于有機(jī)污染物去除方法的研究將成為水污染控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。在不斷加重的威脅下，研究新型的可以有效去除水中難降解有機(jī)物的工藝從而有效地提高飲用水水質(zhì)，對我國的可持續(xù)性發(fā)展就具有極其重要的戰(zhàn)略意義。

　　現(xiàn)有技術(shù)公開了一種將臭氧氧化與電化學(xué)法相結(jié)合處理有機(jī)微污染物質(zhì)的方法;該方法通過在直流電場中，水體中溶解的O2在臭氧接觸器底部進(jìn)行電化學(xué)原位產(chǎn)生H2O2，生成的H2O2與溶液中溶解的O3進(jìn)一步發(fā)生Peroxone反應(yīng)，生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·OH)，從而氧化降解PPCPs類微污染物。然而，工業(yè)廢水中含有的污染物種類多，含量高，難以被全面、徹底地去除，且工業(yè)廢水中存在大量的金屬離子(如鐵離子)，會與降解中間產(chǎn)物(如草酸)形成絡(luò)合物，導(dǎo)致有機(jī)污染物難以被徹底降解為無害的CO2。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明為了解決上述問題，提供了一種高效去除工業(yè)廢水中有機(jī)污染物的方法。本發(fā)明通過將紫外光照射、臭氧氧化與電化學(xué)法結(jié)合，并對反應(yīng)條件進(jìn)行全面的優(yōu)化，使過氧化氫在紫外線照射下進(jìn)一步分解產(chǎn)生無選擇性氧化的羥基自由基，加強(qiáng)對難降解物質(zhì)的氧化，同時，紫外線本身也可以選擇性降解Fe3+與降解中間產(chǎn)物形成的絡(luò)合物，減少其對進(jìn)一步礦化的影響，在提高了水體中有機(jī)污染物降解率的同時，顯著提高水體中有機(jī)污染物徹底降解為無害的CO2的礦化率，并節(jié)省了能源消耗。

　　具體而言，本發(fā)明提供的方法包括以下步驟：采用底部微孔曝氣方式，將O3體積百分比為5～10%的O2和O3混合氣通入臭氧接觸器;通入混合氣的同時，將待處理水體注入所述臭氧接觸器，水力停留時間為10～20min，即時輸出水體，即可;

　　所述O3的傳質(zhì)量與待處理水體體積之比為50～100mg/L;

　　在所述水力停留時間的前40～60%時間內(nèi)，在位于臭氧接觸器底部的陰、陽電極兩端通直流電，陰極端電流密度為25～40mA/cm2;結(jié)束通電后，再在剩余的水力停留時間內(nèi)用紫外光照射水體。

　　本發(fā)明所述待處理水體的總有機(jī)碳(Total Organic Carbon，TOC)濃度為1～50mg/L，pH值為6～8，電導(dǎo)率大于700μS/cm，F(xiàn)e2+濃度為20～200mg/L;優(yōu)選地，所述待處理水體的TOC濃度為10～30mg/L，pH值為6.5～7.5，電導(dǎo)率為1000～8000μS/cm，F(xiàn)e2+濃度為50～150mg/L。所述待處理水體中TOC的來源包括硝基苯、氯苯和苯甲醛。

　　本發(fā)明所述O3的傳質(zhì)量與待處理水體體積之比優(yōu)選為70～80mg/L。本發(fā)明所述傳質(zhì)量是指氣體被液體吸收的質(zhì)量，可采用本領(lǐng)域的常規(guī)方法進(jìn)行檢測。

　　本發(fā)明所述混合氣優(yōu)選由臭氧發(fā)生器制備而成。采用臭氧發(fā)生器制備的具體步驟為：將O2通入臭氧發(fā)生器，部分O2轉(zhuǎn)化為O3，輸出氣體，即O3體積百分比為5～10%的O2和O3混合氣。向臭氧接觸器中鼓入O3和O2混合氣時，曝氣方式為底部微孔曝氣，同時進(jìn)行磁力攪拌，所述微孔曝氣的曝氣流速優(yōu)選為0.1～0.5L/min。

　　本發(fā)明所述水力停留時間(Hydraulic Retention Time，HRT)是指待處理水體在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時間。本發(fā)明提供的方案中，待處理水體在反應(yīng)器內(nèi)僅需要很短的停留時間即可實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的高效去除。具體而言，本發(fā)明所述方案的水力停留時間為10～20min。

　　本發(fā)明通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將紫外光照射、臭氧氧化與電化學(xué)法相結(jié)合，并對三者參與反應(yīng)的順序和時間進(jìn)行合理分配，可以實(shí)現(xiàn)各因素之間的協(xié)同作用，不僅可以提高水體中有機(jī)污染物的降解率以及礦化率，還可以提高處理過程的安全性，且節(jié)省能耗。因此，本發(fā)明在持續(xù)通入臭氧、氧氣混合氣的基礎(chǔ)上，將通直流電與紫外光照射依次順序進(jìn)行，即在水力停留時間內(nèi)，先通入特定電流密度的直流電，結(jié)束通電后，再對水體進(jìn)行一段時間的紫外光照射。為了實(shí)現(xiàn)最佳處理效果，所述通直流電的時間優(yōu)選為在在所述水力停留時間的前45～55%時間內(nèi);在所述通電時間內(nèi)，陰極端電流密度優(yōu)選為32～38mA/cm2，進(jìn)一步優(yōu)選為32～35mA/cm2。

　　本發(fā)明所述電極中：陽極面積為5～20cm2，選自Pt電極、石墨電極、摻硼金剛石電極、Pt/C電極、鈦鍍釕銥電極、鈦鍍釕電極、鈦鍍鉑電極、鈦基鍍銥電極、鈦基鍍銠電極、鈦基鍍二氧化銥電極、不銹鋼電極、鎳電極或含兩種以上過渡金屬的合金電極;所述含兩種以上過渡金屬的合金電極為鋁合金電極、鈦合金電極、銅合金電極或鋅合金電極。所述陽極優(yōu)選為面積6～10cm2的Pt片電極。本發(fā)明采用的陽極能夠減小反應(yīng)的過電勢，利于O2的析出及H+的生成，從而減小外加電壓，降低能耗。

　　本發(fā)明所述電極中：陰極面積為5～20cm2，選自石墨電極、玻璃碳電極、活性炭纖維電極或氣體擴(kuò)散電極;所述氣體擴(kuò)散電極為炭紙/布/氈-聚四氟乙烯電極、活性炭-聚四氟乙烯電極、炭黑-聚四氟乙烯電極、碳納米管-聚四氟乙烯電極或石墨烯-聚四氟乙烯電極，其中，炭紙/布/氈-聚四氟乙烯電極為炭紙-聚四氟乙烯電極或布-聚四氟乙烯電極或氈-聚四氟乙烯電極。所述陰極優(yōu)選為面積6～10cm2的炭黑-聚四氟乙烯氣體擴(kuò)散電極。本發(fā)明采用的陰極能夠使得O2與H+選擇性反應(yīng)產(chǎn)生H2O2，而非H2O。

　　本發(fā)明采用的電極可以自制，也可以從市場直接購買。

　　本發(fā)明通電所用電源為普通直流穩(wěn)壓電源。

　　本發(fā)明所述紫外光的光源優(yōu)選為用發(fā)射250～260nm波長紫外光的低壓汞燈。所述低壓汞燈的功率可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，本發(fā)明可選用功率5～50W的低壓汞燈。

　　本發(fā)明進(jìn)一步保護(hù)所述方法在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用。

　　本發(fā)明提供的工業(yè)廢水處理方法將紫外光照射、臭氧氧化與電化學(xué)法相結(jié)合，并對三者參與反應(yīng)的時間和具體參數(shù)進(jìn)行合理限定，各因素協(xié)同作用，不需要有機(jī)碳源，氧化還原能力強(qiáng)，在提高了水體中有機(jī)污染物降解率的同時，顯著提高了水體的礦化率，并節(jié)省了能源消耗。