臭氧催化氧化与活性炭联用给水处理工艺特性中试研究

论文摘要

当前饮用水水源的有机污染较为严重,有机污染物本身不仅具有极高的毒害作用,而且在加氯消毒后可能生成卤代消毒副产物（DBPs）,同时有机物的存在还会降低饮用水的生物稳定性,导致微生物在管网中的二次繁殖,因此减少饮用水中的有机污染物含量具有重要意义。常规水处理工艺对于有机污染物的去除效率较低,寻求经济、高效的处理技术势在必行。臭氧催化氧化技术在充分发挥臭氧氧化去除有机物优势的基础上,引发生成氧化性极高的羟基自由基（·OH）,从而可以有效去除水中难降解微量有机污染物、减少臭氧氧化副产物含量,是一种极具应用前景的饮用水处理方法。实验室研究表明,蜂窝陶瓷及活性炭催化臭氧氧化技术对水中微量有机物的去除具有较为明显的优势,但是催化氧化与活性炭联用工艺特性有待深入研究,因此通过中试考察了蜂窝陶瓷催化臭氧氧化及活性炭催化臭氧氧化与活性炭过滤联用工艺运行特征。试验条件下蜂窝陶瓷催化反应器的气液传质能力稍低于臭氧反应器,但当气水比大于0.15时气液传质能力将超过臭氧反应器。气量为0.1 m3/h时臭氧反应器与蜂窝陶瓷催化氧化反应器的气含率（εg）分别为0.19%和0.15%,说明催化氧化反应器内的气泡尺寸较大,不利于气液传质;液相脉冲加入试验中臭氧反应器与蜂窝陶瓷催化反应器的Pe准数分别为3.14和5.25,说明催化氧化反应器内液相平推流成分较高,有利于气液传质。气水比增加对催化氧化反应器的气液传质效率影响更大。蜂窝陶瓷催化氧化对有机物的去除能力高于臭氧氧化,序批试验中催化氧化对TOC及CHCl3FP最高去除率均比臭氧氧化高约2倍。连续流试验中催化氧化对UV254的去除效果在低臭氧投量时较为明显,臭氧投量为1 mg/L时催化氧化对UV254去除率比臭氧氧化高16.7%,这是蜂窝陶瓷催化反应器平推流比例较高,使得液相臭氧浓度迅速上升结果。此外,蜂窝陶瓷催化氧化对BrO3-有较好的控制作用,臭氧投量为1 mg/L时催化氧化出水BrO3-含量比臭氧氧化低38.8%。活性炭催化剂能够促进臭氧的分解。连续运行时活性炭催化二级氧化工艺比臭氧二级氧化工艺对液相臭氧的消耗率平均高71.2%。对活性炭催化二级氧化工艺的臭氧消耗量与有机物含量间关系分析证明,活性炭在臭氧分解过程中可与臭氧直接反应或起自由基引发剂作用,在水中有机物含量较低时其臭氧分解促进作用尤为明显。当臭氧投量为1 mg/L时,催化二级氧化对MIB去除率比臭氧二级氧化高约1倍。当水中臭氧浓度为1.5 mg/L左右时,催化二级氧化使BrO3-浓度降低了0.04 mg/L。催化氧化与活性炭过滤组合工艺的净水效率较高。进水臭氧浓度00.1 mg/L、进水UV254为0.0200.030 1/cm时催化与臭氧后续活性炭对UV254平均去除率分别为30%和21%,活性炭过滤对UV254及DOC的去除率在进水水质及液相臭氧浓度适中时最大,液相臭氧相对浓度（O3/DOC）约为0.3时DOC去除率达到最高值。催化氧化后续活性炭进水中有机物含量及臭氧浓度均较低,有利于活性炭保持吸附容量和表面性质。此外,催化剂流失的金属氧化物可被活性炭吸附,这也有助于促进臭氧在活性炭表面分解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 饮用水处理工艺
• 1.1.1 我国饮用水水源现状
• 1.1.2 水源水中的有机污染物
• 1.1.3 饮用水处理工艺的发展
• 1.2 臭氧催化氧化工艺
• 1.2.1 臭氧催化氧化工艺简介
• 1.2.2 蜂窝陶瓷催化臭氧氧化
• 1.2.3 活性炭催化臭氧氧化
• 1.3 课题的提出及主要研究内容
• 第2章 试验装置与方法
• 2.1 中试装置
• 2.1.1 试验用水
• 2.1.2 氧化系统
• 2.1.3 活性炭过滤系统
• 2.2 检测方法
• 2.2.1 氧化剂检测
• 2.2.2 水质参数
• 2.2.3 试样表征
• 2.3 检测设备与试剂
• 第3章 氧化反应器水力条件研究
• 3.1 臭氧传质理论
• 3.2 蜂窝陶瓷催化氧化反应器的气液传质效率
• 3.2.1 气液传质效率
• 3.2.2 比气液界面积
• 3.2.3 气相流型
• 3.2.4 液相流型
• 3.2.5 固相催化剂对气液传质能力的影响
• 3.3 活性炭催化氧化反应器的气液传质效率
• 3.3.1 半序批试验
• 3.3.2 连续流试验
• 3.4 本章小结
• 第4章 蜂窝陶瓷催化臭氧氧化工艺特性研究
• 4.1 无臭氧投加时的净水效果
• 4.2 运行方式对氧化工艺净水效能的影响
• 4.2.1 对天然有机物的去除
• 4.2.2 对有机物总量的去除
• 4.2.3 对三卤甲烷前驱物质的去除
• 4.3 水源及季节差异对氧化工艺净水效能的影响
• 4.3.1 水源差异对氧化工艺净水效能的影响
• 4.3.2 季节差异对氧化工艺净水效能的影响
• 4.4 液相臭氧浓度与氧化工艺净水效能的关系
• 4.4.1 半序批试验
• 4.4.2 连续流试验
• 4.5 氧化工艺对其它水质参数的控制特性
• 4.5.1 对溴酸盐的控制
• 4.5.2 对嗅味物质的去除
• 4.6 本章小结
• 第5章 两级臭氧催化氧化工艺特性研究
• 5.1 两级氧化工艺的水处理效能
• 5.1.1 对天然有机物的去除
• 5.1.2 对溴酸盐的控制
• 5.1.3 对嗅味物质的去除
• 5.2 活性炭催化剂对臭氧分解的促进作用
• 5.3 两级催化剂使用前后性质变化
• 5.3.1 表面形态变化
• 5.3.2 元素组成变化
• 5.4 本章小结
• 第6章 氧化后续活性炭过滤工艺特性研究
• 6.1 氧化后续活性炭的水处理效能
• 6.1.1 对天然有机物的去除
• 6.1.2 对消毒副产物的去除
• 6.1.3 对溴酸盐的去除
• 6.1.4 对嗅味物质的去除
• 6.1.5 对半挥发性有机物的去除
• 6.2 活性炭性质变化
• 6.2.1 表面形态变化
• 6.2.2 物理特性变化
• 6.2.3 元素组成变化
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历