[發明專利]一種深度氧化水處理方法及裝置

在審

• 申請號: 201510208520.6
• 申請日: 2015-04-29
• 公開（公告）號: CN104876375A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 劉毅
• 申請（專利權）人: 劉毅
• 主分類號: C02F9/08
• 分類號: C02F9/08;C02F1/78;C02F1/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

采用高溶臭氧量溶氣技術和微氣泡曝氣技術，結合使用臭氧、紫外光催化和光敏化學催化劑形成一種深度氧化水處理方法及裝置，不僅利用溶氧和臭氧，更主要利用化學反應激發的大量羥基自由基參與氧化形成所謂鏈式反應，是一種氧化能力更高，氧化速度更快的深度氧化技術。該發明不僅適合普通飲用水的消毒，更適用于氧化降解水中難生物降解的高濃度高毒性的有機污染物。既可以作為獨立的污水處理方法及裝置使用，也可以作為降低污水濃度和毒性的預先處理方法與現有生物降解的水處理方法和設備配套使用。屬于水處理技術領域。

背景技術：

臭氧是一種強氧化劑，能夠氧化各種有機物。20世紀70年代，人們開始研究利用臭氧作為飲用水、游泳池水的消毒劑，并取得較好的效果。臭氧不僅可以應用到飲用水處理中，也可用于廢水的處理中。臭氧在水和廢水中的作用可以歸納成三類：一是用作消毒劑或殺菌劑；二是用作氧化有機污染物的氧化劑；三是為其他處理單元(包括混凝、絮凝、沉淀、生物氧化、活性炭吸附等)提供溶氧和上浮氣泡。

高壓溶氣罐溶解臭氧是提高臭氧溶解量的有效方法。中國專利(公開號CN104043356A)、(公開號CN201330188Y)都提出了利用微氣泡提高溶氣罐內水體溶氣率的方法；中國專利(公開號CN103736409A)、(公開號CN202415245U)采用分別控制向氣液混合泵輸送氣體量和水流量的辦法在溶氣罐獲得溶氣水，溶氣水再配以適當的釋放器將產生大量均勻的微氣泡。但這些技術方案中溶氣罐功能單一，只提供和存儲高濃度溶氣水。

臭氧氧化技術雖然具有氧化水中有機污染物能力強、分解速度快、無二次污染等優點，但單獨使用臭氧，仍存在O₃在水中的溶解度低，影響氧化效率的問題，臭氧氧化具有選擇性，不同種類的有機物降解能力和速度存在很大差異。在臭氧氧化過程中加入紫外光和具有光催化效應的催化劑是解決這一問題的有效方法之一，屬于深度氧技術的范疇。深度氧化技術，又稱高級氧化技術(Advanced?Oxidation?Process，AOP)是指氧化能力超過所有常見氧化劑或氧化電位接近或達到羥基自由基HO·水平，可與有機污染物進行系列自由基鏈式反應，從而破壞其結構，使其逐步降解為無害的低分子量的有機物，最后降解為CO₂、H₂O和其他礦物鹽的技術，是目前水處理技術研究的熱點領域。紫外光催化氧化法屬于深度氧化技術，它主要以溶于水的臭氧O₃、過氧化氫H₂O₂、氧氣O₂和空氣作為氧化劑，在光輻射作用下產生羥基自由基HO·。光催化氧化法是在反應溶液中加入一定量的催化劑，使其在紫外光(UV)的照射下產生羥基自由基HO·，通過HO·的強氧化作用對有機污染物進行處理。

臭氧含量、光照頻率和強度、催化劑成分和質量等都會影響氧化反應的能力和污水的氧化速度。中國專利(公開號CN202625991U)提出了一種紫外光臭氧催化反應裝置，但催化反應環境是在常壓容器中，臭氧飽和溶解度比較小，光催化下的臭氧氧化反應(以后稱臭氧化)的臭氧飽和溶解度低仍制約著紫外光催化氧化反應的能力和速度。

根據所用催化劑的相態，將臭氧催化分為均相催化臭氧化和多相催化臭氧化。前者主要是液體催化劑，而后者主要是固體催化劑。由于均相催化劑能在溶液中形成均一濃度，因此具有活性高、反應速度快等優點。但反應后催化劑與污水摻混，很難重新分離出來，導致催化劑因流失而造成經濟損失，也增加了臭氧催化氧化反應的后續處理的負擔，增加了臭氧催化氧化工藝的復雜性，提高了水處理成本。與均相催化劑相比，非均相催化劑以固態形式存在，容易與水分離，工藝流程簡單，既避免了催化劑的流失，也降低了后續的處理成本。在近十幾年的研究中非均相催化劑獲得了更多的青睞。

常規技術的曝氣裝置只能產生毫米級氣泡，氣泡直接上浮。臭氧或其它氣體在水中停留時間很短，所以水中溶臭氧量較低。由于臭氧不能充分溶進水體當中，有些污染物在水體中的少量存留很難去除干凈，即使如通常采用的過量曝臭氧的方法，收效也不明顯。痕量化學污染物難去除也是處理化學污染的難題之一。往往需要生物降解等后續處理方法加以補充。

本發明在建立一個新的化學反應裝置系統的基礎上提出一種更高效率的深度氧化水中有機污染物的方法，通過在高溶臭氧水環境的罐體內增加光催化功能產生大量羥基自由基，達到增加氧化能力、提高氧化降解速度的目的。

發明內容：