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臭氧催化高級氧化

人氣:862 發布時間:2020-01-14 10:38

關鍵詞:電化學法

產品型號:

應用領域:水處理

產品價格:

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MNMR鐵基催化劑催化機理

臭氧高級氧化是水處理技術中去除有機污染物的一種重要方法,能將很多有機物降解并改善其生物降解性能。在不需要調整廢水pH值情況,以催化鐵為催化劑,能夠促進O3分解產生羥基自由基,從而強化臭氧的氧化能力。可以提高臭氧的利用效率、氧化速度和氧化能力,并提高了污染物的去除率。

臭氧具有強氧化性,臭氧分子中的氧原子具有強烈的親電子或親質子性,在堿性溶液中擁有2.07V的氧化電位,其不僅可以消毒殺菌,還可以氧化分解水中污染物,但對污染物具有選擇性且速度慢。

但臭氧在中性環境下,在催化鐵的催化作用下,在水中形成具有強氧化作用的羥基自由基·OH,HO·(E0=2.8V)電位高,針對污染物反應能力強、速度快、可引發鏈反應,使許多有機物徹底降解。

以催化鐵為基底的MNMR-AOP催化劑,不僅存在著各種過渡金屬氧化物(化合物)所具備的良好催化臭氧成份,同時起到催化臭氧的疊加效果,且存在著相互激勵的催化機制,達到協同增效的作用。

以鐵基為催化劑,首先要選擇好合金鋼材,不同材質對催化效果影響較大。本研究在此篩選和評價上做了大量積累工作。

1、鋼鐵中少量的摻雜元素,影響零價鐵的腐蝕速率及腐蝕產物

金屬的腐蝕,實質上是單質金屬的氧化反應;鋼材中含有不同的金屬元素,即在溶液中產生微觀原電池,從而加速鐵的氧化。但鐵的氧化產物并不都是臭氧催化劑成份,如:鐵離子,幾乎沒有催化效果;而γ-FeOOH,是公認的催化成份。因此,不僅鐵刨花表面改性環境條件,影響有效的催化成份;不同鋼材的摻雜元素,亦對催化劑影響較大。

2、鋼鐵中少量的過渡金屬元素,亦是優秀的催化成份

目前理論界認為:過渡金屬氧化物(化合物)是良好的催化臭氧成份,很多元素比鐵的氧化物催化效果更好;不同過渡金屬氧化物催化臭氧的最佳條件亦不相同。故鋼材中存在過渡金屬元素時,經化學改性,不僅存在著各種金屬氧化物(化合物)催化臭氧的疊加效果,且可能存在著相互激勵的催化機制。本研究中選擇的鋼材,除Fe、C外,還有少量的Mo、Ni、Cu、Mn等,盡管量較少,但在催化臭氧中扮演了重要的角色。

三、處理范圍和應用場景

適用于中低濃度(COD≤500mg/L)難降解廢水的處理。可實現直接礦化達標或者預處理提高可生化性后進行二次生化。

該催化臭氧高級氧化技術可以應用于染整廢水、化工、石油、造紙、紡織、香精香料、制藥廢水、市政污水等生化排水的深度處理,也可應用于該類廢水的提高可生化性。

Ø 廢水預處理:將廢水中難生物降解的有機物斷鏈斷鍵及分解為小分子有機物,提高廢水的可生化性,利于二次生化。達到降低COD、提高可生化性、脫色等;

Ø 深度處理:用于生化出水的深度處理,強化降解剩余COD,實現礦化,達成廢水提標排放或回用。實現降低COD、提高可生化性殺菌、消毒、脫色、除異味等。

技術路線和系統構成

主要設備(部分可選):

本催化臭氧高級氧化系統,主要由以下單元構成:臭氧發生器、液氧罐(或壓縮空氣/氧氣)、在線臭氧分析儀(氣相)、臭氧尾氣破壞器、催化中心反應器、催化劑、水泵、氣態臭氧質量濃度儀(BMT964)、氣態臭氧質量流量計(E+H/AT70F)、水中臭氧濃度儀(W&T/OZ7)、臭氧微孔曝氣裝置,石英砂過濾器等。以上系統配置,可根據實際情況增減子單元。

本催化臭氧高級氧化系統優勢

處理效果好,COD去除率高達50%~80%。

運行成本低,臭氧投加量與去除COD總量的比值為1~2(視不同污染因子而定),大幅降低了臭氧投加量。以紹興水處理發展有限公司印染廢水深度處理為例,將其印染廢水二沉池出水COD由150mg/L去除至60mg/L,其運行成本約為1.5元/噸水。

反應速度快,大幅降低了反應器的體積。反應過程有大量的羥基自由基產生,其與大多數有機物反應的速率常數在108M-1·S-1--1010M-1·S-1。

尾氣內部自行處理不會產生二次污染,污泥產量極低。金屬離子溶出微量,不影響處理水質,易于操作管理,同時不需要引入其它能量,減少了工程造價。同時污泥產量極低。

可提高廢水的可生化性。有效破壞不飽和結構,顯著提高廢水可生化性。

應用范圍廣,幾乎所有的污水都可以采用。

100%有效成分,使用壽命長。

對如苯胺、硝基苯、鄰苯二甲酸類等含有苯環、胺基、偶氮等基團的有毒有機污染物,以及難以生物降解的物質處理效果明顯。

MNMR催化臭氧高級氧化系統開發設計體系

6.1 系統操作參數

電源電壓

AC380V 50HZ

臭氧發生器裝機容量

依去除COD總量確定

COD去除率

>50%

處理量

0.1-5000m3/h

pH

6-9

催化劑種類

刨花態鐵基催化劑

結構形式

催化劑模塊上下篩板開孔,孔徑10-50mm,開孔率25-45%,上下兩層結構設置

有效成分

在刨花態鐵表面改性生成的羥基氧化鐵為活性成分

反應時間

20-60min

O3濃度

50-150ppm

反應溫度

常溫

密度

350kg/m3

空隙率

>90%

比表面積

>2000m2/m3

 

 

6.2設計制造標準

《水處理用臭氧發生器》CJ/T322-2010

《化工裝置設備布置設計規定》 HG/T 20546-2009

《室外排水設計規范》(GB50014-2006)

相關比較

7.1和其他高級氧化技術的比較

序號

比較項目

臭氧催化

芬頓Fenton

電化學氧化

光催化氧化

CWAO催化濕式氧化

1

氧化物質

異相催化O3產生OH·

Fe2+均相催化H2O2產生OH·

OH·,O2·,H2O2,ClO-,Cl2

UV/O3/H2O2,TiO2

超臨界氧化150-300℃,0.5-8MPa

2

適用范圍

中低濃度難降解COD≤500,脫色

中高濃度的難降解COD,一般COD在1000ppm以上

中高濃度COD,無結垢

低濃度廢水,濁度低

高濃度,高鹽,小流量難以生化廢水

3

投資成本

4

運行成本

中,依去除COD而定

高,需持續投加藥劑,以及產生大量鐵泥危廢,運行成本高昂

高,高溫高壓

5

操作維護

簡單

需往復調整pH值,控制麻煩

難,電極維護高

難,光極清洗

難,壓力容器

6

自動化程度

低。反應器易腐蝕,易反色

7

優點

特別適合低濃度廢水,效果好,運行穩定。無需調節pH,無二次污染

中高濃度COD運行成本低,起絮凝作用

氧化能力強,產泥量少

無二次污染

氧化能力強,效率高,氧化徹底

8

缺點

對臭氧發生器要求高

加藥種類多,產泥量大,運行不穩定,操作復雜

電耗大,處理能力有限

工藝組合復雜,氧化效果一般

投資高、設備要求高

工程案例展示

(1)    深圳光明污水處理廠-華星光電3.8萬噸電子廢水預處理

(2)    上海巴斯夫5000噸混合化工廢水提標

(3)    靖江帝斯曼4000噸制藥廢水提標

(4)    福田集團鹽城福匯紡織12000噸印染廢水提標-去苯胺及脫色

(5)    紹興污水處理廠高級氧化處理工程(中試規模100噸/天)

(6)    江西天新藥業高級氧化處理工程(中試規模100噸/天)

(7)    宣偉涂料(南通)廢水站高級氧化預處理工程



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