[發明專利]一種紫外/臭氧耦合催化劑的高級氧化系統及污水處理工藝

在審

• 申請號: 202011033810.9
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112159011A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 譚偉強;朱彤;楊世鵬
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: C02F9/08
• 分類號: C02F9/08;C02F101/30
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李箏

本發明提供了一種紫外/臭氧耦合催化劑的高級氧化系統及污水處理工藝。本發明提供了一種紫外/臭氧耦合催化劑的高級氧化系統，包括臭氧發生系統及氧化系統，所述臭氧發生系統用于為氧化反應提供臭氧來源，所述氧化系統主要依靠反應器進行污水中有機物的降解，臭氧經紫外光照射發生裂解反應，產生強氧化性的羥基自由基，紫外/臭氧反應體系與固定催化床發生協同作用，耦合工藝中臭氧產生的氧氣可被光生電子重新捕獲并還原為超氧自由基，使臭氧得到了充分利用，從而實現了有機物的高效降解。本發明提供的紫外/臭氧耦合催化劑的高級氧化裝置，實現了反應體系中有機物降解率增長，臭氧利用率提高，運行成本降低等目的。

技術領域

本發明屬于污水處理技術領域，具體涉及一種紫外/臭氧耦合催化劑的高級氧化系統，基于該高級氧化系統的污水處理工藝及在污水處理領域的應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

水是人類最寶貴的自然資源。社會經濟的快速發展，進入水中的有機物數量和種類也隨之急劇增加，造成水體的嚴重污染，尤其是那些毒性較強并且難降解的有機污水更是如此。通過常規的物理、化學、生物方法難以滿足其凈化要求，這就不得不考慮其它處理方法。隨著研究的不斷深入，高級氧化技術應運而生并有了顯著進展。近年來，以臭氧為基礎的高級氧化技術因其具有氧化能力強、反應條件溫和、反應速率快、處理效果好等優點而引起科學家們的廣泛關注。

臭氧是一種強氧化劑，在水處理條件下可直接作用或產生羥基自由基，氧化大量有機化合物，然而，在氧化過程中會或多或少產生難降解的中間產物，且存在臭氧利用率低，處理成本高等缺陷；UV光催化可通過激發催化劑生成光生空穴與電子降解有機物，單一的光催化體系主要是通過紫外光的照射，激發催化劑表面產生電子-空穴對與水中的氧氣結合，生成具有強氧化性的活性基團，光催化反應過程受光量子產率的制約。因此，相比以臭氧為基礎的高級氧化過程來說，具有反應速率低的缺陷。

發明內容

基于以上問題，本發明提出的一種紫外/臭氧耦合催化劑的高級氧化裝置及工藝，將臭氧氧化、多相催化和UV輻照相結合，光催化劑表面的電子空穴對增加，促進活性氧的產生，如羥基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2-)等，對有機物的選擇性差，氧化性強且反應迅速，從而將有機物礦化為水和二氧化碳。研究發現，UV/O₃高級氧化體系中，臭氧受紫外光激發產生羥基自由基和氧氣，氧氣隨尾氣溢出，而在光催化反應體系中氧氣又是活性物質產生的基礎，在紫外臭氧耦合催化劑的高級氧化工藝將氧氣重新利用，捕獲電子產生活性自由基，能夠從根本上解決臭氧高級氧化工藝臭氧利用率低的問題，打破高級氧化技術運行成本高的技術瓶頸，并且還能提高活性物質的產率，從而提高反應速率。

基于上述技術效果，本發明提供以下技術方案：

本發明第一方面，提供一種紫外/臭氧耦合催化的高級氧化系統，所述高級氧化系統包括臭氧發生系統及氧化系統；

所述臭氧發生系統包括至少一個臭氧發生器，用于為氧化系統提供臭氧；

所述氧化系統至少包括反應器及臭氧布氣裝置；所述臭氧布氣裝置用于將臭氧發生系統制備的臭氧送入反應器并與待處理污水混合；所述反應器中具有紫外光源、催化劑及容納污水的反應空間。

現有技術中基于芬頓工藝進行有機物氧化降解的方案中，通常主要依賴臭氧生成的氧化物質實現對有機物進行氧化降解作用，本發明研究發現，基于該反應體系，臭氧分解后生成的氧氣在該體系中能夠重新結合自由基形成強氧化物質再次實現對有機物的降解，這種方式顯著提高了對有機物的降解效率。

本發明第二方面，提供一種污水處理工藝，所述處理工藝通過第一方面所述紫外/臭氧耦合催化的高級氧化系統實現。

本發明第三方面，提供第一方面所述紫外/臭氧耦合催化的高級氧化系統在污水處理領域的應用。