專利名稱：活性炭催化臭氧氧化－生物活性炭凈化水中污染物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種去除水中污染物的方法，尤其涉及一種被微量有機物污染的水的深度凈化方法。
臭氧氧化—生物活性炭技術(shù)是目前國際上普遍采用的凈化水中微量有機污染物的方法，即含有微量污染物的水先經(jīng)過臭氧氧化，有機物得到初步降解，然后再用生物活性炭方法進一步凈化。由于臭氧與有機物反應(yīng)有較強的選擇性，即與某些物質(zhì)反應(yīng)較快，而與某些物質(zhì)反應(yīng)的很慢，不能很有效地降解所有有機物；此外，單獨的臭氧氧化單元中，臭氧由氣相向水中的傳質(zhì)也不太理想，臭氧不能被水充分地吸收，尾氣中臭氧濃度很高，導致臭氧的利用效率不高。其結(jié)果是，在臭氧氧化單元，有機物不能得到很好的降解，同時影響后續(xù)生物活性炭的處理效果，臭氧利用率低、消耗量大，導致整個臭氧氧化—生物活性炭工藝對微量有機物的去除效率不盡理想，處理成本較高。
本發(fā)明提供了一種活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭凈化水中污染物的方法，其特征在于該方法主要包括下述的活性炭催化臭氧氧化和生物活性炭兩個單元待處理的水從活性炭催化臭氧氧化反應(yīng)器的下部進入，臭氧氣體從所述反應(yīng)器的底部通入，所述臭氧氣體經(jīng)過所述反應(yīng)器中的布氣板與水均勻混合；水和臭氧氣體向上流經(jīng)反應(yīng)器中填充的活性炭層，停留時間在5～30min之間，水中的有機污染物被去除或轉(zhuǎn)化；初步處理后的水中從所述反應(yīng)器的上部流出，臭氧尾氣從所述反應(yīng)器的氣體排放口排出；經(jīng)上述初步處理的水從生物活性炭反應(yīng)器的一側(cè)流入，水流經(jīng)反應(yīng)器中填充的生物活性炭層，停留時間在5～90min之間，水中有機污染物被生物降解、去除；處理后的水從所述反應(yīng)器另一側(cè)流出。
根據(jù)待處理水的水質(zhì)以及對處理后水質(zhì)要求的不同，水在活性炭催化臭氧氧化單元的臭氧投加量在0.5mg/L～20mg/L之間；水在活性炭催化臭氧氧化單元和生物活性炭單元的停留時間越長，臭氧投加量越高，水中污染物的去除效果就越好，處理后水的質(zhì)量越好，但處理成本會增加。
本發(fā)明所述的活性炭催化臭氧氧化單元中的活性炭層可以是由普通的活性炭組成，或者是由負載金屬氧化物的活性炭組成?；钚蕴可县撦d的金屬氧化物可以是鎳、鐵、銅、錳、鈦等的單組分氧化物，也可以是鎳、鐵、銅、錳、鈦等的多組分氧化物，活性炭可以是顆粒、粉末的或纖維狀的活性炭。
在活性炭催化臭氧氧化單元，活性炭或負載金屬氧化物的活性炭的作用有三其一活性炭可以作為催化劑，催化臭氧氧化有機污染物，對污染物的降解更有針對性；同時活性炭還可以促進臭氧轉(zhuǎn)化為氧化性更強的羥基自由基等活性基團，來氧化有機污染物；其二活性炭可以作為吸附劑，吸附水中的有機污染物，利于臭氧氧化、降解。有機污染物被氧化后，活性炭在反應(yīng)器內(nèi)部得到再生，始終保持吸附能力；其三活性炭可以促進氣相臭氧的溶解，改善臭氧的傳質(zhì)，提高臭氧的利用效率。
含有微量有機污染物的水經(jīng)過活性炭催化臭氧氧化，其中的有機污染物被更快地去除和轉(zhuǎn)化，可生物降解性也得到更大的提高，更容易被微生物降解，所以更適合后續(xù)生物活性炭的處理，微量有機污染物的去除效果更好。
本發(fā)明是將活性炭催化臭氧化和生物活性炭有機的組合在一起，并應(yīng)用于微污染水的凈化，對水中有機污染物的去除效率大大提高，可以降低臭氧的投加量，降低水處理成本。
如

圖1所示，城市污水處理廠的二級出水從活性炭催化臭氧氧化反應(yīng)器100的下部進入，臭氧氣體從所述反應(yīng)器的底部通入，臭氧氣體經(jīng)過所述反應(yīng)器中的布氣板102與水均勻混合；水和臭氧氣體向上流經(jīng)反應(yīng)器中填充的活性炭層101，停留時間為16min，水中的有機污染物被去除或轉(zhuǎn)化；初步處理后的水中從所述反應(yīng)器的上部出水口104流出，臭氧尾氣從所述反應(yīng)器的氣體排放口103排出；經(jīng)上述初步處理的水從生物活性炭反應(yīng)器200一側(cè)的進水口205流入，水流經(jīng)反應(yīng)器中填充的生物活性炭層201，停留時間在15min之間；水中有機污染物被生物降解、去除，處理后的水從所述反應(yīng)器另一側(cè)的出水口202流出。
根據(jù)水中污染物的濃度及處理要求，還可以往生物活性炭單元中曝氣。生物活性炭單元運轉(zhuǎn)一段時間后，要進行反沖洗以更新生物活性炭的表面，反沖洗水從生物活性炭單元的下部出水口202流入，經(jīng)過礫石203和生物活性炭層201，最后從上部反沖洗水出水口204排出。
在活性炭催化臭氧氧化單元，可以根據(jù)處理目標投加不同劑量的臭氧。當臭氧投加量分別為3mg/L和6mg/L時，對水中污染物的去除效果見表1。
表1 臭氧投加量為3mg/L和6mg/L時對二級出水中有機物的去除效果

注O3/AC+BAC為活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法；O3+BAC為臭氧氧化—生物活性炭方法；O3/AC為活性炭催化臭氧氧化方法；O3為臭氧氧化方法。
臭氧投加量為3mg/L時，臭氧氧化—生物活性炭方法對水中總有機碳(TOC)去除率為31.3％，而活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法的TOC去除率為38.2％，去除率提高22％，比臭氧氧化—生物活性炭投加6mg/L時的去除率(37.8％)還高；而活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法對高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)的去除率提高11.8％。
臭氧投加量為6mg/L時，活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法對高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)的去除率達到71.3％。
實施例二活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法凈化含微量有機物的水庫水。
采用活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法凈化水庫水，其步驟與實施例一大致相同，其中待處理的水庫水在活性炭催化臭氧氧化單元的停留時間為16min，在生物活性炭單元的停留時間為15min。在活性炭催化臭氧氧化單元，可以根據(jù)處理目標投加不同劑量的臭氧。當臭氧投加量為3mg/L時，對水中污染物的去除效果見表2。
臭氧氧化—生物活性炭方法對水中總有機碳(TOC)的去除率為32.9％，活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法的TOC去除率為36.9％，提高12％?；钚蕴看呋粞跹趸葐为毘粞跹趸腡OC去除率提高20％。
表2 臭氧投加量為3mg/L時對水庫水中有機物的去除效果

注O3/AC為活性炭催化臭氧氧化方法；O3/AC+BAC為活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法；O3為臭氧氧化方法；O3+BAC為臭氧氧化—生物活性炭方法。
當臭氧投加量為3mg/L、活性炭催化臭氧氧化單元的停留時間為16min，生物活性炭單元的停留時間分別為15min、30min和60min時，水中污染物的去除效果見表3。當沒有后續(xù)的生物活性炭單元時，活性炭催化臭氧氧化單元對總有機碳(TOC)和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)的去除率分別只有11.1-11.4％和17.5-20.2，當采用本發(fā)明所述的活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法后，TOC和CODMn的去除率達到36.9％和47.8％(生物活性炭停留時間15min)、42.5％和56.7(生物活性炭停留時間30min)、45.2％和64.0％(生物活性炭停留時間60min)，提高效果十分顯著。
表3 生物活性炭單元不同停留時間下水庫水污染物的去除效果

注O3/AC為活性炭催化臭氧氧化方法；O3/AC+BAC為活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭方法。
權(quán)利要求
1.活性炭催化臭氧氧化—生物活性炭凈化水中污染物的方法，其特征在于該方法主要包括下述的活性炭催化臭氧氧化和生物活性炭兩個單元待處理的水從活性炭催化臭氧氧化反應(yīng)器的下部進入，臭氧氣體從所述反應(yīng)器的底部通入，所述臭氧氣體經(jīng)過所述反應(yīng)器中的布氣板與水均勻混合；水和臭氧氣體向上流經(jīng)反應(yīng)器中填充的活性炭層，停留時間在5～30min之間，水中的有機污染物被去除或轉(zhuǎn)化；初步處理后的水中從所述反應(yīng)器的上部流出，臭氧尾氣從所述反應(yīng)器的氣體排放口排出；經(jīng)上述初步處理的水從生物活性炭反應(yīng)器的一側(cè)流入，水流經(jīng)反應(yīng)器中填充的生物活性炭層，停留時間在5～90min之間，水中有機污染物被生物降解、去除；處理后的水從所述反應(yīng)器另一側(cè)流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化水中污染物的方法，其特征在于所述活性炭催化臭氧氧化單元中的臭氧投加量為0.5mg/L～20mg/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的凈化水中污染物的方法，其特征在于所述活性炭催化臭氧氧化單元中的活性炭層是由負載金屬氧化物的活性炭組成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凈化水中污染物的方法，其特征在于所述活性炭上負載的金屬氧化物是鎳、鐵、銅、錳或鈦的單組分氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凈化水中污染物的方法，其特征在于所述活性炭上負載的金屬氧化物是鎳、鐵、銅、錳或鈦的多組分氧化物。
全文摘要
活性炭催化臭氧氧化－生物活性炭凈化水中污染物的方法，屬水處理技術(shù)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中臭氧利用效率低，有機物去除效率低，處理成本高的問題，本發(fā)明公開了一種凈化水中污染物的方法，包括活性炭催化臭氧氧化和生物活性炭兩個單元待處理的水從活性炭催化臭氧氧化反應(yīng)器的下部進入，臭氧氣體從反應(yīng)器底部通入，臭氧氣體經(jīng)反應(yīng)器中的布氣板與水均勻混合；水和臭氧氣體向上流經(jīng)反應(yīng)器中填充的活性炭層，停留時間為5～30min，水中的有機污染物被去除或轉(zhuǎn)化；初步處理的水流入填充生物活性炭層的反應(yīng)器，停留時間為5～90min，水中有機污染物被生物降解、去除。本發(fā)明對水中有機污染物的去除效率大大提高，而處理成本很低。
文檔編號B01J23/755GK1446757SQ0312339
公開日2003年10月8日 申請日期2003年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月26日
發(fā)明者張彭義, 祝萬鵬, 李來勝, 余剛, 蔣展鵬, 韓文亞, 簡麗 申請人:清華大學