[发明专利]净化水的方法及装置

说明书

本发明涉及一种净化含有机和/或无机杂质的水的净化方法，即将待处理的水引入含水的反应区域中，本发明还涉及一种用于该方法的装置。

国际专利申请PCT/NL90/00075（公开号WO90/14312）公开了一种被有害成份如（芳香族）烃类和农药污染的水的处理方法，即用臭氧和一种如活性炭催化剂处理被污染的水或气体和/或出现在污水中的或由其引起的液态组份，而催化剂可用臭氧连续再生。然而这种方法有这样的缺点，即尽管用于分解杂质的臭氧的消耗量[以COD表示化学需氧量]比较低，但是对于许多应用来说仍然太高，并且水在反应器中的停留时间相对太长。

荷兰专利申请9000118中记载了一种含有有机和/或无机杂质的水的净化方法，在此方法中将待处理的水引入含水的反应区域中，通过一个或多个电极将电流施加到该区域中，同时供给一种物质，该物质在此施加的电流的作用下产生与杂质反应的基团，所例举的这类物质的实例包括甲烷、一氧化烷、氢、氨、氧气、臭氧和过氧化氢。在此方法中产生电化学基团的物质最好是通过一多孔电极送入反应区域中。在反应区域内的停留时间可以通过提高温度（优选在10至95℃范围内来缩短。在此方法中的转化率和电能消耗仍与所期望的有距离。

将电化学反应用于污染控制的方法和装置在US3，915，822专利说明书中已有记载。该方法采用了电化学电解槽，电解槽中的电解质含有杂质和不希望有的组分，在含有电化学导电颗粒如碳丸以及多个电极的反应区域中处理该电解质。此导电颗粒可以粒状、球状或其它形式的活性炭。电压是常规的直流电（DC）、电位梯度在0.1～10伏/厘米范围。在这份美国专利所描述的方法中，可以使用诸如O₃或Cl₂这样的气体反应物。该文献指出在稀释气体中O₃混合物可以以微小气泡的形式通入导电颗粒的液态填充床中，在该微小气泡中臭氧的含量为2～20%的体积比。该方法并未提出可以使用不足化学计量的臭氧或任何其它反应物。

本发明的目的就是克服上述有关能源消耗和初始原料昂贵的缺陷。

为此，本发明提供了一种含有不希望有的有机和/或无机杂质水的净化方法，在该方法中杂质通过还原反应或氧化反应转化成无害的化合物，将待处理的水引入含水的反应区域中，该区域有一活性炭填充床，向该填充床施加一电化学电位，同时也向其中通入臭氧或氢气。

对于可氧化的杂质的污染程度可以以化学需氧量（COD）来定量表示。这涉及标准USEPA分析方法，该方法是以几乎完全氧化微量污染物所需的氧量来确定的。显然，在臭氧化过程中，由于将氧化引入到微量污染物的分子中，故也生成反应产物，依据质量守恒定律，假设臭氧分子中的所有氧原子都被有效的利用，那么总希望找到一个等质量的臭氧消耗量作为所还原的COD的量。当发现有低于1kg O₃/kg COD的数值时，则出现了不足化学计量的臭氧。

类似于COD方法，还可以用一种理论上的化学需氢量（CHD）来确定（对于可还原的杂质），即，用氢来完全还原在废水中存在的微量污染物所需的氢的量。例如采用Pd/Cu催化剂（Th.Tacke 等人，Dechema -Monographie Katalyse，122，15-27，Frankfurt/M1991）的硝酸盐还原反应，在升压条件下发生反应：2NO^{-₃+5H₂→N₂+4H₂O+2OH-。使用硝酸盐和氢气的摩尔重量，如对100mg硝酸盐/每升溶液，则CHD的量为8.06mgH₂/l。类似地，当发现低于1kgH₂/kg CHD的较低的氢消耗量时，则出现了不足化学计量的氢。}

令人惊异的是根据本发明的方法，出现了臭氧消耗量低于上述臭氧消耗量的结果，也就是说还原每公斤COD，需要低于1公斤臭氧的不足化学计量。对于氢消耗量和CHD降解也同样有效。因而，本发明的特征在于选自臭氧和氢气中的一种反应物以低于化学计量的量同时送入反应区域中。

在反应器中的停留时间减少了，即有显著地优于WO90/14312和NL9000118文献中的效果。事实上这是协同效果，所述效果比采用所述2份参考文献的方法所得到的效果总和都更令人满意，这可以由下述的实验为依据来说明。