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臭氧催化氧化除污染特性及其生产应用研究

韩帮军  
【摘要】: 随着饮用水水源污染问题的日益突出及饮用水水质标准要求的不断提高,迫切需要进一步强化现有的给水处理工艺。本研究通过中试和生产性试验系统地探讨了“臭氧多相催化氧化—生物活性炭”技术的除污染特性,为 建立更高效的臭氧催化氧化除污染集成化技术积累经验。围绕“臭氧—生物活性炭”联用技术的强化,将固体催化剂加入臭氧接触池中,形成臭氧多相催化氧化技术。以我国华北地区与华东地区的典型受污染水体为对象,进行了中试试验(60t·d-1)与生产性试验(30000t·d-1)研究。系统地探讨了臭氧催化氧化在改善臭氧氧化技术性能、提高水质安全性、增强后续生物活性炭净水能力及降低水处理成本等方面的效能。 通过对臭氧传质利用效率与·OH生成能力的考察,探讨了催化作用对臭氧氧化技术性能的影响,并基于长期的中试试验,探讨催化剂载体与有效成分的稳定性,开展催化剂使用寿命方面的研究。小试研究发现,催化作用能使·OH的表观生成量较单纯臭氧化增加5倍左右。中试结果表明,应用催化剂更能增进臭氧的传质与利用能力。催化剂具有良好的热稳定性、酸碱稳定性与机械稳定性,保证了其持久、高效地发挥催化作用。 前人关于臭氧氧化方面的研究工作主要集中在提高有机物的可生化性以强化后续工艺的净水效果方面,而对臭氧化环节本身应有的净水功能挖掘不足。在中试研究中,分别对臭氧催化氧化控制有机物污染(特别是去除环境优先控制污染物)、氯化消毒副产物前质、臭氧化副产物(溴酸盐与AOC)的效能开展了系统的研究,并利用umu毒理试验结果对催化剂使用前后水质变化进行评价。在此基础上考虑进水水质的影响,优化出实际给水处理过程中臭氧催化氧化控制有机物污染、控制氯化消毒副产物及抑制溴酸盐生成等技术方案。 在中试研究与生产性实验中,探讨了臭氧多相催化氧化与生物活性炭联用的协同除污染作用效能。研究发现,臭氧催化氧化明显地消减了后续工艺的污染负荷、提高了有机物的可生化性、增强了活性炭上的微生物活性,并延长了生物活性炭的使用寿命,使臭氧氧化协同生物活性炭的除污染能力提高1.1~1.4倍。 为更好地发挥臭氧催化氧化技术保障水质安全性的效能,通过中试试验与生产应用研究,尝试该技术应对突发性水污染的抗冲击能力。结果表明,臭氧催化氧化技术对突发性有机物污染有很好的控制效果,同时也对穿透常规处理工艺的突发性微颗粒物与突发性藻类等起到有效的屏蔽作用。此外,臭氧催化氧化也提高了冬季等生物活性炭净水能力下降时期的水质安全性。 在中试研究中,通过催化剂投加成本与催化氧化作用两个方面探讨了臭氧催化氧化技术对水处理成本的影响规律,较系统地从技术与经济两方面对臭氧多相催化氧化技术效益进行了分析评价。


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