[发明专利]一种用于饮用水应急处理的臭氧高级氧化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种臭氧高级氧化技术，主要用于饮用水应急处理，在臭氧氧化过程中加入负载铁的活性炭，促进臭氧分解生成羟基自由基提高难氧化污染物去除率的方法。

背景技术

近年来，我国饮用水水源突发性污染事故频发，对饮用水安全造成了巨大的压力。常规的饮用水处理工艺很难保证人们对饮用水质的安全需求，难以保证突发污染时的饮用水安全，迫切需要有效的净水工艺保障饮用水的安全。国内外的试验研究与实际生产结果表明，受污染水源水经过常规的混凝、沉淀、过滤、消毒工艺只能去除水中有机物的20％～30％。另外，水中溶解性有机物的存在不利于破坏胶体的稳定性，从而常规处理工艺对原水浊度的去除效果也明显下降。

臭氧氧化技术作为一种有效去除有机污染物的净水工艺，在地表水处理得到越来越多的应用。臭氧具有很强的氧化性，其氧化还原电位是2.07V，臭氧氧化有机物包括两种途径：一种是臭氧分子直接与污染物反应，一种是臭氧分解产生氧化性更强的羟基自由基，羟基自由基与污染物反应难降解有机物。臭氧分子氧化有很强的选择性，易进攻有机物电子云密度大的基团，对饱和有机物氧化能力较弱。因而对于一些高稳定性、难降解的有机物，如醇类、脂肪酸、氯代有机物、多环芳烃及有机农药等，氧化效率很低，在有限的水处理时间内去除率很低。臭氧分解产生的羟基自由基氧化还原电位为2.80V，氧化有机物没有选择性。因此，当饮用水源发生突发污染时，在饮用水厂的臭氧氧化工艺中，加入催化剂催化臭氧产生羟基自由基去除难氧化污染物是可行的。

催化臭氧分子产生羟基自由基的金属氧化物主要是一些典型的过渡金属氧化物(如Fe₂O₃、MnO₂、CuO、NiO、Co₃O₄、TiO₂、Al₂O₃等)和负载型的贵重金属氧化物(如Ru、Pd)。但是有些金属氧化物催化效果并不理想，很多负载型催化剂制作过程复杂且且原料昂贵。在应急情况下，需要制作简单、原料廉价、催化效果优越的催化剂。

活性炭吸附是一种常用的应急处理工艺，在突发事故发生时，通常向原水中投加粉末活性炭吸附污染物。很多报道称，活性炭能催化臭氧，提高臭氧降解难氧化污染物的效果。活性炭催化臭氧去除污染物，不仅能发挥活性炭的吸附能力，而且能催化臭氧产生羟基自由基，提高臭氧的氧化能力。

发明内容

本发明为饮用水突发污染事故提供一种有效的处理工艺，在臭氧氧化过程中投加负载铁的活性炭(AC-Fe)，将臭氧氧化与活性炭吸附结合起来，发挥两者的优势并产生积极的协同作用。本发明的方法步骤如下：向原水中投加AC-Fe粉末，随后进入臭氧接触曝气，臭氧出水再进入常规的饮用水处理流程；或者原水直接进入装有AC-Fe层的臭氧接触塔，臭氧出水再进入常规的饮用水处理流程。

本工艺中使用的AC-Fe制备过程如下：市售煤质活性炭粉与硝酸铁溶液混合均匀，置于25℃环境下震荡24小时后，105℃熟化12小时，最后根据使用工艺直接使用粉末AC-Fe或者挤压成粒使用。其中活性炭与铁质量比为1∶0.05。

本工艺特别适用于难氧化有机污染物的去除，在臭氧连续曝气的条件下，加入AC-Fe催化效果较为明显。在实验室的条件下，臭氧氧化30分钟后，加入20mg/L的AC-Fe比单独臭氧氧化污染物去除效果提高45％。根据实验结果，加入AC-Fe、臭氧浓度0.5mg/L时与单独臭氧、臭氧浓度1.0mg/L时，对污染物的降解效果基本相同。可见，在臭氧处理难氧化有机污染物时，加入活性炭可以减少臭氧的投加量，从而节约处理成本。而且此投加量是水厂常用的粉末活性炭投加量，对水厂的后续处理工艺不会造成大的影响。因此应急污染事故发生时，在不影响水厂正常运行的情况下，投加AC-Fe联合臭氧氧化是去除污染物的有效措施。

臭氧氧化联合AC-Fe工艺也可用于水厂常规处理流程，在臭氧接触池加入AC-Fe层或AC-Fe床，可以提高臭氧去除难氧化有机物的效果。在活性炭上负载铁后，在臭氧氧化过程中会有部分铁溶出，因此臭氧氧化联合AC-Fe较适宜用于预处理工艺。这样溶出的铁会在混凝、沉淀过程中除去，而且铁的存在会有助于提高混凝效果。

附图说明

图1是AC-Fe催化臭氧氧化工艺的流程图。

具体实施方式

实施例1