一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法

摘要

一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，涉及利用臭氧进行水处理的方法。解决了现有过氧化氢催化臭氧水处理方法存在过氧化氢自身不易电离、诱发臭氧分解能力弱、过氧化氢残留及运输贮存不方便的问题。本发明水处理方法为：向装有待处理水的臭氧接触反应器中通入臭氧，同时投加过硫酸盐，即可，水处理过程中保持搅拌状态，所述待处理水为污水、污水厂二级出水、水源水和过滤后水。本发明利用过硫酸盐催化臭氧产生的具有强氧化性的羟基自由基和硫酸根自由基氧化除污染，具有催化能力强、氧化降解效率高、pH适用范围宽、催化剂残留量少、运行操作方便等优点，能够在大规模生产中应用。且过硫酸盐自身易于电离，诱发臭氧分解能力强，贮存运输方便。

权利要求

1.一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其特征在于利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法是通过以下步骤实现的：向装有待处理水的臭氧接触反应器中通入臭氧，同时投加过硫酸盐，使臭氧初始浓度为0.1～40mg/L，过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.1～10，即完成利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其中，控制待处理水在臭氧接触反应器中的停留时间为5～60min，水处理过程中保持搅拌状态，所述待处理水为污水和水源水。

2.根据权利要求1所述的一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其特征在于过硫酸盐为过一硫酸盐和/或过二硫酸盐，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠和过一硫酸铵中的一种或几种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠和过二硫酸铵中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其特征在于臭氧初始浓度为0.5～30mg/L。

4.根据权利要求1或2所述的一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其特征在于过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.2～9。

5.根据权利要求1或2所述的一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其特征在于过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.8～3。

6.根据权利要求1或2所述的一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其特征在于过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶1。

7.根据权利要求1或2所述的一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其特征在于过硫酸盐由过硫酸盐和碱的复合盐代替，其中过硫酸盐和碱的摩尔比为1∶1～10，其中，过硫酸盐为过一硫酸盐和/或过二硫酸盐，碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或其中几种的混合物。

8.根据权利要求7所述的一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其特征在于过硫酸盐和碱的摩尔比为1∶3～8。

9.根据权利要求7所述的一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其特征在于过硫酸盐和碱的摩尔比为1∶5。

10.根据权利要求7所述的一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其特征在于过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠和过一硫酸铵中的一种或几种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠和过二硫酸铵中的一种或几种的混合物。

说明书

一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用臭氧进行水处理的方法。

背景技术

[0002] 臭氧作为一种强氧化剂，在饮用水和废水处理过程中得到广泛应用，但它对有机物的氧化降解具有一定的选择性。催化臭氧氧化技术是近年发展起来的一种高级氧化处理技术，臭氧在催化剂的作用下产生具有强氧化性的羟基自由基(·OH)，与单独臭氧相比，产生的羟基自由基可以无选择的氧化有机物，且反应高效迅速。因此，臭氧催化氧化技术成为国内外研究的热点。过氧化氢(H2O2)催化臭氧主要是利用过氧化氢在水溶液-中电离出来的HO2 诱发臭氧分解产生羟基自由基。但在实际应用过程中过氧化氢催化臭氧处理技术具有以下缺点：(1)过氧化氢自身不易电离，因此诱发臭氧分解能力弱；(2)过氧化氢残留会导致后续消毒工艺中液氯投加量增大；(3)过氧化氢自身会消耗自由基+
(·OH+H2O2→H2O+H+O2·)，因此在实际应用过程中经常采用多点投加方式，给操作和管理带来诸多不便；(4)液态过氧化氢自身易分解、贮存运输不方便。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为了解决现有过氧化氢催化臭氧水处理方法存在过氧化氢自身不易电离、诱发臭氧分解能力弱、过氧化氢残留及运输贮存不方便的问题，本发明提供了一种利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法。

[0004] 本发明的利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法是通过以下步骤实现的：向装有待处理水的臭氧接触反应器中通入臭氧，同时投加过硫酸盐，使臭氧初始浓度为0.1～40mg/L，过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.1～10，即完成利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其中，控制待处理水在臭氧接触反应器中的停留时间为5～60min，水处理过程中保持搅拌状态，所述待处理水为污水、污水厂二级出水、水源水和过滤后水。

[0005] 本发明中所述过硫酸盐的投加方式为以固体过硫酸盐的形式直接投加或者以过硫酸盐溶液的形式投加。

[0006] 本发明的利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法中所述的过硫酸盐为过一硫酸盐和/或过二硫酸盐，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠和过一硫酸铵中的一种或几种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠和过二硫酸铵中的一种或几种的混合物。

[0007] 本发明的利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法中所述过硫酸盐由过硫酸盐和碱的复合盐代替，其中过硫酸盐和碱的摩尔比为1∶1～10，碱的加入能调节水处理体系的pH值在6～9，有利于过硫酸盐电离，使得诱发臭氧分解能力增强；其中，过硫酸盐为过一硫酸盐和/或过二硫酸盐，碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或其中几种的混合物；过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠和过一硫酸铵中的一种或几种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠和过二硫酸铵中的一种或几种的混合物。

[0008] 本发明的利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法中，过硫酸盐作为绿色新兴催化剂具有以下优点：(1)自身易于电离，诱发臭氧分解能力强；(2)催化臭氧过程中剩余量少，在后续处理过程中不消耗余氯，且其自身具有杀菌消毒作用；(3)消耗自由基能力弱；(4)作为粉末状固体，易于贮存运输。

[0009] 本发明的利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法利用过硫酸盐催化臭氧在反应过程中产生的具有强氧化性的羟基自由基和硫酸根自由基氧化除污染，与过氧化氢催化臭氧处理方法相比，具有催化能力强、氧化降解效率高、pH适用范围宽、催化剂残留量少、运行操作方便等优点，能够在大规模生产中应用。

附图说明

[0010] 图1是具体实施方式二十九中水源水中农药莠去津的去除率曲线图。

具体实施方式

[0011] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

[0012] 具体实施方式一：本实施方式为利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其是通过以下步骤实现的：向装有待处理水的臭氧接触反应器中通入臭氧，同时投加过硫酸盐，使臭氧初始浓度为0.1～40mg/L，过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.1～10，即完成利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其中，控制待处理水在臭氧接触反应器中的停留时间为5～60min，水处理过程中保持搅拌状态，所述待处理水为污水、污水厂二级出水、水源水和过滤后水。

[0013] 本实施方式中所述过硫酸盐的投加方式为以固体过硫酸盐的形式直接投加或者以过硫酸盐溶液的形式投加。

[0014] 本实施方式的利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法利用过硫酸盐催化臭氧在反应过程中产生的具有强氧化性的羟基自由基和硫酸根自由基氧化除污染，与过氧化氢催化臭氧处理方法相比，具有催化能力强、氧化降解效率高、pH适用范围宽、催化剂残留量少、运行操作方便等优点，能够在大规模生产中应用。

[0015] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是过硫酸盐为过一硫酸盐和/或过二硫酸盐。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0016] 本实施方式中过硫酸盐为过一硫酸盐和过二硫酸盐的混合物时，两者以任意比混合。其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠和过一硫酸铵中的一种或几种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠和过二硫酸铵中的一种或几种的混合物。

[0017] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是过硫酸盐为过一硫酸盐，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠和过一硫酸铵中的一种或几种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0018] 本实施方式中过一硫酸盐为混合物时，以任意比混合。

[0019] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是过硫酸盐为过二硫酸盐，其中过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠和过二硫酸铵中的一种或几种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0020] 本实施方式中过二硫酸盐为混合物时，以任意比混合。

[0021] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是过硫酸盐为过一硫酸盐和过二硫酸盐，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠和过一硫酸铵中的一种或几种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠和过二硫酸铵中的一种或几种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0022] 本实施方式中过一硫酸盐和过二硫酸盐间以任意比混合，过一硫酸盐为混合物时，以任意比混合，过二硫酸盐为混合物时，以任意比混合。

[0023] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是过硫酸盐由过硫酸盐和碱的复合盐代替，其中过硫酸盐和碱的摩尔比为1∶1～10，其中，过硫酸盐为过一硫酸盐和/或过二硫酸盐，碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的一种或其中几种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

[0024] 本实施方式中过硫酸盐为过一硫酸盐和过二硫酸盐时，以任意比混合。碱为其中几种的混合物时，以任意比混合。

[0025] 本实施方式中碱的加入能调节水处理体系的pH值在6～9，有利于过硫酸盐电离，使得诱发臭氧分解能力增强。

[0026] 本实施方式中过硫酸盐和碱的摩尔比优选为1∶3～8，最佳的是1∶5。

[0027] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是过硫酸盐由过一硫酸盐和碱的复合盐代替，其中过一硫酸盐和碱的摩尔比为1∶1～10，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠和过一硫酸铵中的一种或几种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。

[0028] 本实施方式中过一硫酸盐为其中几种的混合物时，以任意比混合。

[0029] 本实施方式中过一硫酸盐和碱的摩尔比优选为1∶3～8，最佳的是1∶5。

[0030] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六不同的是过硫酸盐由过二硫酸盐和碱的复合盐代替，其中过硫酸盐和碱的摩尔比为1∶1～10，其中过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠和过二硫酸铵中的一种或几种的混合物。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。

[0031] 本实施方式中过二硫酸盐为混合物时，以任意比混合。

[0032] 本实施方式中过二硫酸盐和碱的摩尔比优选为1∶3～8，最佳的是1∶5。

[0033] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六不同的是过硫酸盐由过一硫酸盐、过二硫酸盐和碱的复合盐代替，其中过一硫酸盐和过二硫酸盐总摩尔量与碱的摩尔量比值为1∶1～10，其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠和过一硫酸铵中的一种或几种的混合物，过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠和过二硫酸铵中的一种或几种的混合物。

[0034] 本实施方式中过一硫酸盐为其中几种的混合物时，以任意比混合。本实施方式中过二硫酸盐为混合物时，以任意比混合。

[0035] 本实施方式中过一硫酸盐和过二硫酸盐总摩尔量与碱的摩尔量比值优选为1∶3～8，最佳的是1∶5。

[0036] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是臭氧初始浓度为0.5～30mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。

[0037] 具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是臭氧初始浓度为1～20mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。

[0038] 具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是臭氧初始浓度为1.5～15mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。

[0039] 具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是臭氧初始浓度为2～10mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。

[0040] 具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是臭氧初始浓度为5mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。

[0041] 具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.2～9。其它步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。

[0042] 具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.3～8。其它步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。

[0043] 具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.4～7。其它步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。

[0044] 具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.5～6。其它步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。

[0045] 具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.6～5。其它步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。

[0046] 具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.7～4。其它步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。

[0047] 具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.8～3。其它步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。

[0048] 具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶0.9～2。其它步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。

[0049] 具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶1。其它步骤及参数与具体实施方式一至十四之一相同。

[0050] 具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式一至二十三之一不同的是控制待处理水在臭氧接触反应器中的停留时间为10～50min。其它步骤及参数与具体实施方式一至二十三之一相同。

[0051] 具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式一至二十三之一不同的是控制待处理水在臭氧接触反应器中的停留时间为20～40min。其它步骤及参数与具体实施方式一至二十三之一相同。

[0052] 具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式一至二十三之一不同的是控制待处理水在臭氧接触反应器中的停留时间为30min。其它步骤及参数与具体实施方式一至二十三之一相同。

[0053] 具体实施方式二十七：本实施方式为利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其是通过以下步骤实现的：向装有污水的臭氧接触反应器中通入臭氧，同时投加过一硫酸盐和氢氧化钾的复合盐，使臭氧初始浓度为30mg/L，过一硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶1，过一硫酸盐和氢氧化钾的摩尔比为1∶8，即完成利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其中，控制待处理水在臭氧接触反应器中的停留时间为60min，水处理过程中保持搅拌状态。

[0054] 本实施方式中所述过硫酸盐的投加方式为以过硫酸盐溶液的形式投加。本实施方式中过一硫酸盐为过一硫酸钾和过一硫酸钠以任意比混合的混合物。

[0055] 本实施方式中氢氧化钾的加入，将污水处理体系的pH值达到6～9，使污水具有更好的处理效果。

[0056] 其中过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠和过一硫酸铵中的一种或几种的混合物。

[0057] 本实施方式利用过一硫酸盐催化臭氧的水处理方法中，经氧化处理后，污水中的污染物的去除率达90％以上。

[0058] 具体实施方式二十八：本实施方式为利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其是通过以下步骤实现的：向装有污水厂二级出水的臭氧接触反应器中通入臭氧，同时投加过二硫酸盐，使臭氧初始浓度为10mg/L，过硫酸盐与臭氧的摩尔比为1∶1，即完成利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其中，控制待处理水在臭氧接触反应器中的停留时间为60min，水处理过程中保持搅拌状态。

[0059] 本实施方式中所述过硫酸盐的投加方式为以过硫酸盐溶液的形式投加。

[0060] 本实施方式中过二硫酸盐为过二硫酸钾、过二硫酸钠和过二硫酸铵三者以任意比混合的混合物。

[0061] 具体实施方式二十九：本实施方式为利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其是通过以下步骤实现的：向装有水源水的臭氧接触反应器中通入臭氧，同时投加过一硫酸钾，使臭氧初始浓度为2mg/L，混合盐与臭氧的摩尔比为1∶2，即完成利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其中，控制待处理水在臭氧接触反应器中的停留时间为30min，水处理过程中保持搅拌状态。

[0062] 本实施方式中所述过硫酸盐的投加方式为以过硫酸盐溶液的形式投加。

[0063] 本实施方式利用过一硫酸钾催化臭氧的水处理方法中，水源水中含有0.5μmol/L的农药莠去津，经氧化处理后，农药莠去津的去除率达99％以上，如图1所示。

[0064] 具体实施方式三十：本实施方式为利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其是通过以下步骤实现的：向装有过滤后水的臭氧接触反应器中通入臭氧，同时投加过一硫酸钠和过二硫酸钾以任意比混合的混合盐，使臭氧初始浓度为0.5mg/L，混合盐与臭氧的摩尔比为1∶5，即完成利用过硫酸盐催化臭氧的水处理方法，其中，控制待处理水在臭氧接触反应器中的停留时间为30min，水处理过程中保持搅拌状态。

[0065] 本实施方式中所述过硫酸盐的投加方式为以过硫酸盐溶液的形式投加。