[發明專利]一種用于臭氧催化氧化工藝的催化劑優化投加控制方法

在審

• 申請號: 201710012426.2
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106698638A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 劉永澤;張立秋;馬軍;封莉;江進
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/78;C02F1/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及水處理領域，具體涉及用于臭氧催化氧化工藝中的催化劑優化投加自動控制。

背景技術

近年來，臭氧氧化工藝普遍應用于水中難降解有機污染物的去除，包括去除飲用水和污水中難降解的新型有機污染物如內分泌干擾物、藥物及個人護理用品、農藥等以及難降解的工業廢水如焦化廢水、有機化工廢水等。為了增加臭氧氧化有機物效能，普遍投加催化劑以加快臭氧分解產生羥基自由基進行氧化。實驗室的研究已證實能夠高效催化臭氧氧化有機污染物的催化劑或催化方式有均相催化劑如過氧化氫、金屬離子等，非均相催化劑如碳材料催化劑、金屬氧化物、金屬氫氧化物、蜂窩陶瓷、負載蜂窩陶瓷等以及外部能量源催化如紫外光輻射、超聲輻射等。

在實際應用中使用催化劑的投加方式及投加量經常根據經驗采用如下方式：若采用均相催化劑，在臭氧接觸室的前段投加催化劑，催化劑的投加量以臭氧的投加量按催化劑與臭氧的反應計量關系投加，如O₃/H₂O₂工藝，H₂O₂的投加量按兩者的反應計量關系即H₂O₂與O₃摩爾比=1:2投加，催化劑的投加量缺乏優選及優化。

事實上，由于被臭氧氧化的水體背景中存在大量有機成分，這些有機物一方面能夠快速消耗臭氧，即通過臭氧的直接氧化實現臭氧的有效利用；另一方面能夠形成臭氧分解產生羥基自由基的鏈反應，而鏈反應的自由基產率接近100%，遠大于催化劑催化臭氧分解的產率即30~80%。由于水中背景有機成分存在而發生的大量自由基鏈反應，臭氧催化氧化工藝中催化劑僅僅起到誘導臭氧分解產生羥基自由基的作用，雖然能夠加快臭氧的分解，但是對臭氧分解的自由基產率的貢獻卻微弱。

因此，臭氧催化氧化工藝中催化劑的投加需要優化：一方面，投加過多并不會導致羥基自由基的氧化能力增加，反而會減弱臭氧的直接氧化能力，同時會導致催化劑的大量剩余，影響下階段水處理單元，如在O₃/H₂O₂工藝中大量的H₂O₂剩余；根據受處理水質的不同，應選擇不同的催化劑、催化劑投加位置與投加量也需要優化，另一方面，投加過少會導致臭氧分解速率較慢，水中或尾氣剩余臭氧濃度升高，導致臭氧的利用效率降低，造成臭氧污染。

綜上所述，需要根據水質情況及臭氧實際氧化能力，發明優化臭氧催化氧化工藝中催化劑的投加量的方法。

發明內容

本發明的目的是要解決現有的催化臭氧氧化工藝中催化劑投加量盲目，無法高效利用臭氧氧化能力的問題，而提供一種用于臭氧催化氧化工藝的催化劑優化投加控制方法。

用于臭氧催化氧化工藝的催化劑優化投加控制方法是按以下步驟完成的：在臭氧接觸氧化系統的出水管道上設置液態臭氧檢測器/在臭氧接觸氧化系統的尾氣管道上設置氣態臭氧檢測器，上述至少設置一個；用一個控制器接收臭氧檢測器輸出的濃度信號，并根據該信號分析并輸出執行信號于催化劑投加裝置，控制實時地增大/減小催化劑的投加量以得到最優投加量。

本發明優點：本發明利用水中和尾氣中剩余臭氧濃度來優化臭氧催化氧化工藝的應用，該優化方法能夠適應水質、水量、水溫等條件的變化，避免臭氧的無用消耗，實現臭氧的高效利用。該方法操作簡單、成本廉價，能夠提高臭氧利用率10%~50%，可在各個規模的工程應用中推廣應用。

附圖說明

圖1是具體實施方式一所述的用于臭氧催化氧化工藝的催化劑優化投加控制方法實現裝置的示意圖。

圖2是具體實施方式二所述的用于臭氧催化氧化工藝的催化劑優化投加控制方法實現裝置的示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式是用于臭氧催化氧化工藝的催化劑優化投加控制方法的實現方法，具體是按以下步驟完成的：將待處理有機污染物的水注入臭氧催化氧化接觸室中，在臭氧催化氧化接觸室出口處設置液態臭氧檢測器，用一個控制器接收臭氧檢測器輸出的濃度信號，并根據該信號分析并輸出執行信號于催化劑投加裝置，控制實時地增大/減小催化劑的投加量以得到最優投加量。該優化方法能夠適應水質、水量、水溫等條件的變化，避免臭氧的無用消耗，實現臭氧的高效利用。該方法操作簡單、成本廉價，能夠提高臭氧利用率10%~50%，可在各個規模的工程應用中推廣應用。