申请日2005.06.28
公开(公告)日2006.02.15
IPC分类号C01B13/11; C02F1/78
摘要
本发明涉及催化臭氧氧化水处理的方法与装置。本发明的目的是提供利用臭氧和催化剂联用的低成本水处理方法与装置。采用以臭氧和催化剂联用的水处理方法，通过对含氧气体放电的方法来制备臭氧;所制备的臭氧的一部分或全部通入含有催化剂的要处理水中，从水中出来的气体的一部分或全部再循环用于臭氧制备的方法。本发明的催化臭氧氧化水处理方法的装置，包括含氧气体放电来制备臭氧的设备和装有催化剂的水处理设备，由输送含氧气体设备连接含氧气体放电来制备臭氧的设备和装有催化剂的水处理设备实现臭氧和催化剂联用的装置。利用本发明，向含有乙醛的水中投加催化剂如二氧化锰或活性炭以后，再通入臭氧可将乙醛彻底氧化成二氧化碳和水。
权利要求书
1.一种催化臭氧氧化水处理的方法，采用以臭氧和催化剂联用的水处理方法，其特征是： 通过对含氧气体放电的方法来制备臭氧;所制备的臭氧的一部分或全部通入含有催化剂 的要处理水中;从水中出来的气体的一部分或全部再循环用于臭氧制备的方法。
2.如权利要求1所述的一种催化臭氧氧化水处理的方法，其特征是所述的处理水中至少含 有一种含碳化合物或无机有害污染物。
3.如权利要求2所述的一种催化臭氧氧化水处理的方法，其特征是所述的含碳化合物是有 机酸、醛、酚、胺、肼、糖、醇、酮、脂或烃类化合物;无机有害污染物是氰化物、硫 化氢、氨离子、铵离子或2价铁离子和2价锰离子的水可溶性金属离子。
4.如权利要求1所述的一种催化臭氧氧化水处理的方法，其特征是所述的催化剂至少含有 以下一种物质：活性碳、金属或金属氧化物。
5.如权利要求4所述的一种催化臭氧氧化水处理的方法，其特征是所述的金属是金、白金 或银;金属氧化物是氧化锰、氧化铁、氧化锌、氧化钛、氧化镍、氧化铜或氧化锆。
6.一种催化臭氧氧化水处理方法的装置，包括含对氧气体放电来制备臭氧的设备和装有催 化剂的水处理设备，其特征是，由输送含氧气体设备连接对含氧气体放电来制备臭氧的 设备和装有催化剂的水处理设备实现臭氧和催化剂联用的装置。
7.如权利要求6所述的一种催化臭氧氧化水处理方法的装置，其特征是所述的输送含氧气 体设备的前面或后面设置有最少一个对含氧气体进行脱水或去除有害气体的处理设备。
8.如权利要求6所述的一种催化臭氧氧化水处理方法的装置，其特征是所述的制备臭氧的 设备最少设置有一个含氧气体进口和一个臭氧气体出口。
9.如权利要求6所述的一种催化臭氧氧化水处理方法的装置，其特征是所述的水处理设备 最少设置有一个水进口、一个含臭氧气体进口、一个水出口和一个气体出口的臭氧和催 化剂联用的处理水的装置。
说明书
催化臭氧氧化水处理的方法与装置
技术领域
本发明涉及处理要处理的水的方法与装置。特别涉及催化臭氧氧化水处理的方法与装置。
技术背景
臭氧作为一种强氧化剂在水处理领域，如饮用水、工业废水、生活污水处理、杀菌消毒、 除臭、除异味等方面已经被利用。臭氧虽然有氧化能力强、反应速度快和产生污泥少的优点， 但也有处理成本高和产生二次污染物的缺点。臭氧处理水的处理成本主要来源于制备高浓度 臭氧时的低臭氧发生效率。臭氧不能把水中的有机污染物彻底氧化成二氧化碳和水，其最终 氧化产物往往是醛(如甲醛、乙醛)、羧酸(如甲酸)类有毒有害有机小分子二次污染物。含 有这些二次污染物的水必须进行后续处理。
近年来出现了一些臭氧和其他氧化剂/催化剂等联用的技术，如臭氧/生物活性碳技术， 臭氧/双氧水技术、臭氧/紫外线技术、臭氧/催化剂氧化技术，但这些技术并没有显著提高臭 氧的处理水的能力。
发明内容
本发明的目的是提供利用臭氧和催化剂联用的低成本水处理方法与装置。通过1)循环 使用处理水后的含氧气体，尤其是使用高浓度氧气来制备臭氧以降低臭氧制备成本和2)使 用高效催化剂提高臭氧处理效率和效果以增加臭氧的利用效率和减少二次污染物的方法来达 到降低臭氧水处理成本的目的。
臭氧的制备成本与所要的臭氧浓度的高低有关系。当所要的臭氧浓度高时其成本就高。 而利用臭氧处理水时要求高浓度的臭氧以保证有足够的臭氧供应量。这是导致臭氧水处理成 本高的原因。
臭氧的供应量与臭氧浓度之间有以下关系：
臭氧供应量=臭氧浓度×含臭氧气体流量。 (1)
因此，可以通过1)提高含低浓度臭氧气体的流量来增加臭氧供应量的方法达到同样的臭氧 供应量和2)利用催化剂来吸收/吸附臭氧的方法来达到高浓度臭氧以上的处理效果，从而降 低臭氧水处理成本。
本发明的催化臭氧氧化水处理的方法，采用以臭氧和催化剂联用的水处理方法，通过对 含氧气体放电的方法来制备臭氧;所制备的臭氧的一部分或全部通入含有催化剂的要处理水 中，从水中出来的气体的一部分或全部再循环用于臭氧制备的方法。
要处理的水中至少含有一种含碳化合物如有机酸、醛、酚、胺、肼、糖、醇、酮、脂、 烃类化合物，或无机有害污染物如氰化物、硫化氢、氨/铵离子和水可溶性金属离子如2价 铁离子和2价锰离子。所用催化剂为以下物质中的一种或一种以上：活性碳、金属如金、白 金和银、金属氧化物如氧化锰、氧化铁、氧化锌、氧化钛、氧化镍、氧化铜、氧化锆。
本发明的催化臭氧氧化水处理方法的装置，包括含氧气体放电来制备臭氧的设备和装有 催化剂的水处理设备，其特征是，由输送含氧气体设备连接含氧气体放电来制备臭氧的设备 和装有催化剂的水处理设备实现臭氧和催化剂联用的装置。
所述的输送含氧气体设备的前面或后面设置有最少一个对含氧气体进行脱水或去除有害 气体的处理设备。
所述的制备臭氧的设备最少设置有一个含氧气体进口和一个臭氧气体出口。
所述的水处理设备最少设置有一个水进口、一个含臭氧气体进口、一个水出口和一个气 体出口的臭氧和催化剂联用的处理水的装置。
虽然，具有很强的氧化能力的臭氧可以将如苯之类的难分解有机物分解，但臭氧不能把 水中的有机污染物彻底氧化成二氧化碳和水，其氧化产物往往是醛(如甲醛、乙醛)、羧酸类 (如甲酸)有毒有害有机小分子二次污染物，含有这些二次污染物的水必须进行后续处理。 本发明者经过向水中投加二氧化锰、活性炭以后，臭氧可将醛类有机小分子化合物彻底氧化 成二氧化碳和水。
臭氧通过对含氧气体放电的方法来制备。含氧气体指气体中含有氧气的气体，它可以是 氧气或空气。氧气的浓度范围为1%到100%。臭氧发生器内的含氧气体的压力为1托到10 大气压，以常压比较合适。臭氧发生器内的含氧气体的温度为零下20摄氏度到200摄氏度， 以常温比较合适。
所制备的臭氧的一部分或全部加入到含催化剂的水中。催化剂可以是固定床或非固定床。 要处理的水温度为0摄氏度到100摄氏度，以常温比较合适。催化剂可为以下物质中的一种 或一种以上：活性碳、金属如金、白金和银、金属氧化物如氧化锰、氧化铁、氧化锌、氧化 钛、氧化镍、氧化铜、氧化锆;以二氧化锰和活性炭为比较合适。可以将催化剂载在活性炭 或如分子筛等的多孔性载体上。当使用非固定床时，催化剂的使用量视要处理的废水的特性 和反应条件而定，使用量范围为(0.1～500)克/升-水，比较合适的范围为(1.0～100)克 /升-水。当使用固定床时，每单位体积(升)催化剂所处理的废水的流量(升/小时)视所用 催化剂和所要处理的废水的特性与反应条件而定，最大为100升/小时，比较适合的范围为 (1～10)升/小时。
本发明的方法与装置主要包括低成本臭氧制备方法与装置和臭氧催化剂处理水方法与装 置两个部分如图1和图2所示：
1)低成本臭氧制备方法与装置，图1和2中的A部分：
利用气体放电装置2通过对含氧气体放电的方法来制备臭氧。所制备的含臭氧气体1的 一部分或全部通入有催化剂9的水处理装置8对要处理的水进行处理。从水中出来的气体5 和气体6全部或一部分气体5再通入气体放电装置2再利用气体中氧气制备臭氧。从水中出 来的气体的全部气体5和气体6全部或一部分气体5在通入气体放电装置2之前，可先通入 气体处理器4对气体进行如脱水除臭等处理后由气体输送装置3将气体送到气体放电装置2。 从利用气体放电装置2出来的气体的一部分可以与从水中出来的气体一起通入气体处理器4 以增强气体处理器4的气体处理能力。新鲜的含氧气体O可以在气体输送装置3和气体放电 装置2之间加入，也可在其它位置：如可以在气体输送装置3和气体处理器4之间、或气体处 理器4和从水中出来的气体5之间加入补充由于气体放出气体6和气体12而引起的氧气损失。 2)催化剂处理水方法与装置，图1和2中的B部分：
根据催化剂的形式分为图1的固定床和图2的非固定床两种。从臭氧发生器来的含臭氧 气体11进入含催化剂9的水处理器8的下部对要处理的水进行处理。要处理的水7可以连续 或间歇地从底部或上部加到水处理器8中。经过处理的水10从水处理器8的上部或底部出来 经气体释放器14脱出的气体12和回收催化剂15后得到的处理水13流出系统。从气体释放 器14下部得到的催化剂经催化剂循环泵17将循环催化剂18循环回到水处理器8中。
当使用非固定床时，可使用外加搅拌装置以增强含臭氧气体和要处理的水与催化剂之间 相互作用。
