一种用于臭氧催化氧化工艺的催化剂优化投加控制方法与流程

本发明涉及水处理领域，具体涉及用于臭氧催化氧化工艺中的催化剂优化投加自动控制。

背景技术：

近年来，臭氧氧化工艺普遍应用于水中难降解有机污染物的去除，包括去除饮用水和污水中难降解的新型有机污染物如内分泌干扰物、药物及个人护理用品、农药等以及难降解的工业废水如焦化废水、有机化工废水等。为了增加臭氧氧化有机物效能，普遍投加催化剂以加快臭氧分解产生羟基自由基进行氧化。实验室的研究已证实能够高效催化臭氧氧化有机污染物的催化剂或催化方式有均相催化剂如过氧化氢、金属离子等，非均相催化剂如碳材料催化剂、金属氧化物、金属氢氧化物、蜂窝陶瓷、负载蜂窝陶瓷等以及外部能量源催化如紫外光辐射、超声辐射等。

在实际应用中使用催化剂的投加方式及投加量经常根据经验采用如下方式：若采用均相催化剂，在臭氧接触室的前段投加催化剂，催化剂的投加量以臭氧的投加量按催化剂与臭氧的反应计量关系投加，如O₃/H₂O₂工艺，H₂O₂的投加量按两者的反应计量关系即H₂O₂与O₃摩尔比=1:2投加，催化剂的投加量缺乏优选及优化。

事实上，由于被臭氧氧化的水体背景中存在大量有机成分，这些有机物一方面能够快速消耗臭氧，即通过臭氧的直接氧化实现臭氧的有效利用；另一方面能够形成臭氧分解产生羟基自由基的链反应，而链反应的自由基产率接近100%，远大于催化剂催化臭氧分解的产率即30~80%。由于水中背景有机成分存在而发生的大量自由基链反应，臭氧催化氧化工艺中催化剂仅仅起到诱导臭氧分解产生羟基自由基的作用，虽然能够加快臭氧的分解，但是对臭氧分解的自由基产率的贡献却微弱。

因此，臭氧催化氧化工艺中催化剂的投加需要优化：一方面，投加过多并不会导致羟基自由基的氧化能力增加，反而会减弱臭氧的直接氧化能力，同时会导致催化剂的大量剩余，影响下阶段水处理单元，如在O₃/H₂O₂工艺中大量的H₂O₂剩余；根据受处理水质的不同，应选择不同的催化剂、催化剂投加位置与投加量也需要优化，另一方面，投加过少会导致臭氧分解速率较慢，水中或尾气剩余臭氧浓度升高，导致臭氧的利用效率降低，造成臭氧污染。

综上所述，需要根据水质情况及臭氧实际氧化能力，发明优化臭氧催化氧化工艺中催化剂的投加量的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有的催化臭氧氧化工艺中催化剂投加量盲目，无法高效利用臭氧氧化能力的问题，而提供一种用于臭氧催化氧化工艺的催化剂优化投加控制方法。

用于臭氧催化氧化工艺的催化剂优化投加控制方法是按以下步骤完成的：在臭氧接触氧化系统的出水管道上设置液态臭氧检测器/在臭氧接触氧化系统的尾气管道上设置气态臭氧检测器，上述至少设置一个；用一个控制器接收臭氧检测器输出的浓度信号，并根据该信号分析并输出执行信号于催化剂投加装置，控制实时地增大/减小催化剂的投加量以得到最优投加量。

本发明优点：本发明利用水中和尾气中剩余臭氧浓度来优化臭氧催化氧化工艺的应用，该优化方法能够适应水质、水量、水温等条件的变化，避免臭氧的无用消耗，实现臭氧的高效利用。该方法操作简单、成本廉价，能够提高臭氧利用率10%~50%，可在各个规模的工程应用中推广应用。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的用于臭氧催化氧化工艺的催化剂优化投加控制方法实现装置的示意图。

图2是具体实施方式二所述的用于臭氧催化氧化工艺的催化剂优化投加控制方法实现装置的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是用于臭氧催化氧化工艺的催化剂优化投加控制方法的实现方法，具体是按以下步骤完成的：将待处理有机污染物的水注入臭氧催化氧化接触室中，在臭氧催化氧化接触室出口处设置液态臭氧检测器，用一个控制器接收臭氧检测器输出的浓度信号，并根据该信号分析并输出执行信号于催化剂投加装置，控制实时地增大/减小催化剂的投加量以得到最优投加量。该优化方法能够适应水质、水量、水温等条件的变化，避免臭氧的无用消耗，实现臭氧的高效利用。该方法操作简单、成本廉价，能够提高臭氧利用率10%~50%，可在各个规模的工程应用中推广应用。

结合图1，本实施方式所述的臭氧催化氧化接触室及优化臭氧氧化工艺的装置包括进水口（1）、出水口（2）、臭氧接触室（3）、臭氧进气口（4）、臭氧出气口（5）、臭氧检测器（6）、控制器（7）、加药泵（8）、均相催化剂储液罐（9），在臭氧接触室（3）底部中心设置进水口（1）,在臭氧接触室（3）侧壁上部设置出水口（2），在臭氧接触室（3）顶部中心处设置臭氧出气口（5），在出水口（2）上开孔接取样管连接臭氧检测器（6），臭氧检测器输出信号连接控制器（7），控制器（7）输出命令给予加药泵（8），加压泵从催化剂储液罐吸取液态催化剂投入臭氧接触室（3）中。

工作原理：将待处理有机物污染的水由进水口（1）注入催化臭氧氧化接触室的臭氧接触室（3）中，臭氧通过臭氧进气装置（4）投加进入臭氧接触室（3）中，将臭氧的投加量调至0.1mg/mgTOC~100mg/mgTOC，同时开启臭氧检测器（6）检测溶液中臭氧浓度，控制器（7）收集臭氧检测器（6）的信号并处理：臭氧检测器（6）检测的出口中液态臭氧浓度>0.2 mg/L时，增加液态催化剂剂量；臭氧检测器（6）检测的液态臭氧浓度<0.1 mg/L时，降低液态催化剂剂量；催化剂的最优投加量为使得臭氧接触氧化系统出水中臭氧浓度维持在0.1~0.2mg/L。

具体实施方式二：结合图2，本实施方式所述的臭氧催化氧化接触室及优化臭氧氧化工艺的装置包括进水口（1）、出水口（2）、臭氧接触室（3）、臭氧进气口（4）、臭氧出气口（5）、臭氧检测器（6）、控制器（7）、紫外辐照装置（8），在臭氧接触室（3）底部中心设置进水口（1）,在臭氧接触室（3）侧壁上部设置出水口（2），在臭氧接触室（3）顶部中心处设置臭氧出气口（5），在出水口（2）上开孔接取样管连接臭氧检测器（6），臭氧检测器输出信号连接控制器（7），控制器（7）输出命令给予紫外辐照装置（8），控制紫外灯的输入功率的大小与启闭状态。

工作原理：将待处理有机物污染的水由进水口（1）注入催化臭氧氧化接触室的臭氧接触室（3）中，臭氧通过臭氧进气装置（4）投加进入臭氧接触室（3）中，将臭氧的投加量调至0.1mg/mgTOC~100mg/mgTOC，同时开启臭氧检测器（6）检测溶液中臭氧浓度，控制器（7）收集臭氧检测器（6）的信号并处理：臭氧检测器（6）检测的出口中液态臭氧浓度>0.2 mg/L时，增加紫外辐照装置（8）输入功率或紫外灯的开启数量；臭氧检测器（6）检测的液态臭氧浓度<0.1 mg/L时，降低紫外辐照装置（8）输入功率或紫外灯的开启数量；紫外辐照装置的最优输入功率为使得臭氧接触氧化系统出水中臭氧浓度维持在0.1~0.2mg/L。