CN101492200A - 臭氧光电催化氧化有机废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种臭氧光电催化氧化有机废水的方法，反应时，臭氧从反应器的底部通过曝气装置通入，以活性炭负载纳米二氧化钛为阳极，炭棒为阴极，紫外灯放置于反应器顶部或反应器中；槽压为1～20V，活性炭负载型催化剂与废水、臭氧、紫外灯的作用时间为10～120分钟，催化剂的投加量与反应中废水的质量比为1∶200～1∶20；臭氧光电催化深度处理有机废水的方法，以活性炭负载纳米二氧化钛为阳极，促进了光电催化的进行，也催化臭氧产生强氧化性的自由基；光、电、臭氧协同作用，能充分降解难处理的有机物，比单纯的臭氧催化氧化和光电催化有更好的利用价值。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种以活性炭负载二氧化钛为光电反应和臭氧氧化反应的催化剂处理有机废水的方法。
背景技术
臭氧作为一种强氧化剂，以其特有的优势正逐步为人们所重视，被广泛应用于水的消毒、空气的消毒、物体表面的消毒、及环境的除臭除异味等领域。
从1906年第一座以臭氧氧化作为饮用水处理工艺的水厂在法国Nice投资运行以来，臭氧氧化技术应用于水处理已经有100多年的历史。虽然其一直以高效不产生污染而著称，但也有着明显的缺点，主要表现为臭氧虽具有极高的氧化性，但它的氧化性却具有选择性，使臭氧在水处理过程中很难彻底去除水中的TOC和COD，其可矿化度较低。
对于臭氧氧化的选择性，几乎每一类物质都有臭氧无法降解的化合物。同时，随着臭氧氧化工艺应用的不断普及，人们注意到臭氧过程中产生的一些副产物，具有更大的毒害性，如溴酸、乙二醛等。
针对臭氧的这种缺陷，多年来人们对臭氧水处理作了很大的改进，发展出高级氧化工艺或者是联用其它高级氧化技术如O3/H2O2、UV/O3、UV/H2O2/O3和TiO2/O3。
光电催化技术是一种光催化与电化学联用的新型深度氧化技术，主要是通过固定化技术把半导体光催化剂负载在导电基体上制成工作电极，同时在工作电极上施加偏电压，从而在电极内部形成一个电势梯度，促进光生电子和空穴向相反的方向移动，抑制它们的复合，以加速分离。并且，这种光电催化系统还有另外两个突出的优点，一是把导带电子的还原过程同价带空穴的氧化过程从空间位置上分开(与半导体微粒相比较)，结果大大增加了半导体表面·OH的生成效率且防止了氧化中间产物在阴极上的再还原；二是由于导带电子被引到阴极还原水中的H+，所以不需要向系统鼓入氧气作为电子俘获剂。
然而，目前光电催化在降解有机污染物时，由于产生的自由基浓度极小，所以存在反应效率低、处理时间长等缺点。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中光电催化去除有机污染物效率低，成本高的问题。同时也解决单一臭氧氧化有机物时具有选择性的缺点，提供了一种更具有应用价值的水处理方法。
本发明的臭氧光电催化深度处理有机废水的方法是在催化剂存在下，以臭氧、紫外灯、外加电压协同催化氧化降解有机物；该方法以活性炭负载纳米二氧化钛为阳极同时也是臭氧催化氧化和光电催化反应的催化剂，炭棒作为阴极；上述的反应外加直流电压为1～20V，臭氧通过底部曝气装置进入反应器；活性炭负载型催化剂与废水、臭氧、紫外灯相互作用的时间为10～120分钟。
上述催化剂的投加量与反应中废水的质量比为1∶200～1∶20。
上述紫外灯放置于反应器顶部或反应器中，功率为4～200W。
当紫外灯放置于反应器中时，应以石英套管罩住。
上述反应器应以聚氯乙烯制作或有机玻璃制作或以其他材料制成而内衬耐氧化防腐涂层。
在光电催化过程中通入少量臭氧，可以大大提高有机物的去除速率，缩短光电催化的处理时间，降低处理成本；施加一个额外的槽压，使电子和空穴有效的分离，提高了光催化活性；臭氧在紫外灯的作用下，产生了强氧化性的羟基自由基。
一般而言，催化剂与废水、臭氧、紫外灯的作用时间越长，催化剂的投加量与反应中废水的质量比越大，处理效果越好，但是相应的成本也会提高。
本发明是将臭氧催化氧化和光电催化联用的高级氧化技术，应用于饮用水和有机废水的深度净化。本发明的优点是：在光电催化过程中通入少量臭氧，可以大大提高有机物的去除速率，缩短光电催化的处理时间，降低处理成本；施加一个额外的槽压，使电子和空穴有效的分离，提高了光催化活性；臭氧在紫外灯的作用下，产生了强氧化性的羟基自由基。将三者结合起来，不仅能够有效的去除有机污染物，且比单纯的光电催化或者臭氧催化氧化具有更为经济的利用价值。
附图说明
图1是本发明的臭氧光电催化深度处理有机废水的装置。
其中1.阴极 2.阳极/催化剂 3.曝气板 4.臭氧入口 5.碳棒 6.紫外灯7.紫外灯电源 8.反应外加直流电源
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，在反应器中加入10mg/L的中性红溶液500mL。功率为4W的紫外灯置于反应器顶部。25g活性炭负载二氧化钛的催化剂置于反应器底部为阳极，以碳棒为阴极，施加槽压为2V。臭氧经底部曝气装置进入反应器，投加量为15mg/min，反应时间60min，臭氧尾气经过KI吸收瓶吸收。
单一臭氧催化氧化和光电催化氧化处理中性红溶液，经测定，其去除率分别为43％和66％，而经上述条件处理的中性红溶液，经测定，其去除率为85％，具有较好的降解效果。
实施例2：
如图1所示，在反应器中加入10mg/L的中性红溶液500mL。功率为9W的紫外灯置于反应器顶部。25g活性炭负载二氧化钛的催化剂置于反应器底部为阳极，以碳棒为阴极，施加槽压为2V。臭氧经底部曝气装置进入反应器，投加量为15mg/min，反应时间60min，臭氧尾气经过KI吸收瓶吸收。
单一臭氧催化氧化和光电催化氧化处理中性红溶液，经测定，其去除率分别为43％和76％，而经上述条件处理的中性红溶液，经测定，其去除率为95％，具有较好的降解效果。
实施例3：
如图1所示，在反应器中加入初始COD约为700mg/L的印染废水500mL。功率为9W的紫外灯置于反应器顶部。25g活性炭负载二氧化钛的催化剂置于反应器底部为阳极，以碳棒为阴极，施加槽压为2V。臭氧经底部曝气装置进入反应器，投加量为50mg/min，反应时间60min。臭氧尾气经过KI吸收瓶吸收。
单一臭氧催化氧化和光电催化氧化处理印染废水，经测定，其COD去除率分别为75％和33％，而经上述条件处理的印染废水溶液，经测定，其COD去除率为92％，具有较好的降解效果。
实施例4：
如图1所示，在反应器中加入初始COD约为700mg/L的印染废水500mL。功率为9W的紫外灯置于反应器顶部。50g活性炭负载二氧化钛的催化剂置于反应器底部为阳极，以碳棒为阴极，施加槽压为5V。臭氧经底部曝气装置进入反应器，投加量为50mg/min，反应时间60min。臭氧尾气经过KI吸收瓶吸收。
单一臭氧催化氧化和光电催化氧化处理印染废水，经测定，其COD去除率分别为81％和43％，而经上述条件处理的印染废水溶液，经测定，其COD去除率为96％，具有较好的降解效果。
实施例5：
如图1所示，在反应器中加入初始COD约为4000mg/L的苯酚溶液500mL。功率为15W的紫外灯置于反应器顶部。50g活性炭负载二氧化钛的催化剂置于反应器底部为阳极，以碳棒为阴极，施加槽压为5V。臭氧经底部曝气装置进入反应器，投加量为100mg/min，反应时间30min。臭氧尾气经过KI吸收瓶吸收。
单一臭氧催化氧化和光电催化氧化处理苯酚溶液，经测定，其COD去除率分别为71％和43％，而经上述条件处理的苯酚溶液，经测定，其COD去除率为89％，具有较好的降解效果。
实施例6：
如图1所示，在反应器中加入初始COD约为4000mg/L的苯酚溶液500mL。功率为200W的紫外灯置于反应器顶部。50g活性炭负载二氧化钛的催化剂置于反应器底部为阳极，以碳棒为阴极，施加槽压为20V。臭氧经底部曝气装置进入反应器，投加量为100mg/min，反应时间120min。臭氧尾气经过KI吸收瓶吸收。
单一臭氧催化氧化和光电催化氧化处理苯酚溶液，经测定，其COD去除率分别为89％和55％，而经上述条件处理的苯酚溶液，经测定，其COD去除率为96％，具有较好的降解效果。
Claims (4)
1.一种臭氧光电催化氧化有机废水的方法，其特征在于该方法是在催化剂存在下，以臭氧、紫外灯、外加电压协同催化氧化降解有机物；该方法以活性炭负载纳米二氧化钛为阳极同时也是臭氧催化氧化和光电催化反应的催化剂，炭棒作为阴极；上述的反应外加直流电压为1～20V，臭氧通过底部曝气装置进入反应器；活性炭负载型催化剂与废水、臭氧、紫外灯相互作用的时间为10～120分钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述催化剂的投加量与反应中废水的质量比为1∶200～1∶20。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述紫外灯放置于反应器顶部或反应器中，功率为4～200W。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述反应器应以聚氯乙烯制作或有机玻璃制作内衬耐氧化防腐涂层。
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