[发明专利]一种紫外/臭氧耦合催化剂的高级氧化系统及污水处理工艺

说明书

本发明提供了一种紫外/臭氧耦合催化剂的高级氧化系统及污水处理工艺。本发明提供了一种紫外/臭氧耦合催化剂的高级氧化系统，包括臭氧发生系统及氧化系统，所述臭氧发生系统用于为氧化反应提供臭氧来源，所述氧化系统主要依靠反应器进行污水中有机物的降解，臭氧经紫外光照射发生裂解反应，产生强氧化性的羟基自由基，紫外/臭氧反应体系与固定催化床发生协同作用，耦合工艺中臭氧产生的氧气可被光生电子重新捕获并还原为超氧自由基，使臭氧得到了充分利用，从而实现了有机物的高效降解。本发明提供的紫外/臭氧耦合催化剂的高级氧化装置，实现了反应体系中有机物降解率增长，臭氧利用率提高，运行成本降低等目的。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种紫外/臭氧耦合催化剂的高级氧化系统，基于该高级氧化系统的污水处理工艺及在污水处理领域的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

水是人类最宝贵的自然资源。社会经济的快速发展，进入水中的有机物数量和种类也随之急剧增加，造成水体的严重污染，尤其是那些毒性较强并且难降解的有机污水更是如此。通过常规的物理、化学、生物方法难以满足其净化要求，这就不得不考虑其它处理方法。随着研究的不断深入，高级氧化技术应运而生并有了显著进展。近年来，以臭氧为基础的高级氧化技术因其具有氧化能力强、反应条件温和、反应速率快、处理效果好等优点而引起科学家们的广泛关注。

臭氧是一种强氧化剂，在水处理条件下可直接作用或产生羟基自由基，氧化大量有机化合物，然而，在氧化过程中会或多或少产生难降解的中间产物，且存在臭氧利用率低，处理成本高等缺陷；UV光催化可通过激发催化剂生成光生空穴与电子降解有机物，单一的光催化体系主要是通过紫外光的照射，激发催化剂表面产生电子-空穴对与水中的氧气结合，生成具有强氧化性的活性基团，光催化反应过程受光量子产率的制约。因此，相比以臭氧为基础的高级氧化过程来说，具有反应速率低的缺陷。

发明内容

基于以上问题，本发明提出的一种紫外/臭氧耦合催化剂的高级氧化装置及工艺，将臭氧氧化、多相催化和UV辐照相结合，光催化剂表面的电子空穴对增加，促进活性氧的产生，如羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2-)等，对有机物的选择性差，氧化性强且反应迅速，从而将有机物矿化为水和二氧化碳。研究发现，UV/O₃高级氧化体系中，臭氧受紫外光激发产生羟基自由基和氧气，氧气随尾气溢出，而在光催化反应体系中氧气又是活性物质产生的基础，在紫外臭氧耦合催化剂的高级氧化工艺将氧气重新利用，捕获电子产生活性自由基，能够从根本上解决臭氧高级氧化工艺臭氧利用率低的问题，打破高级氧化技术运行成本高的技术瓶颈，并且还能提高活性物质的产率，从而提高反应速率。

基于上述技术效果，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面，提供一种紫外/臭氧耦合催化的高级氧化系统，所述高级氧化系统包括臭氧发生系统及氧化系统；

所述臭氧发生系统包括至少一个臭氧发生器，用于为氧化系统提供臭氧；

所述氧化系统至少包括反应器及臭氧布气装置；所述臭氧布气装置用于将臭氧发生系统制备的臭氧送入反应器并与待处理污水混合；所述反应器中具有紫外光源、催化剂及容纳污水的反应空间。

现有技术中基于芬顿工艺进行有机物氧化降解的方案中，通常主要依赖臭氧生成的氧化物质实现对有机物进行氧化降解作用，本发明研究发现，基于该反应体系，臭氧分解后生成的氧气在该体系中能够重新结合自由基形成强氧化物质再次实现对有机物的降解，这种方式显著提高了对有机物的降解效率。

本发明第二方面，提供一种污水处理工艺，所述处理工艺通过第一方面所述紫外/臭氧耦合催化的高级氧化系统实现。

本发明第三方面，提供第一方面所述紫外/臭氧耦合催化的高级氧化系统在污水处理领域的应用。