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污水处理中的催化氧化 你不能不知道的十大问答!

作者: Guanglv 来源: 未知 发布时间:2019-07-16 09:47 人气:


目前,污水深度处理工艺工程可行技术并不多:活性炭吸附、其它化学吸附剂、芬顿法属高级氧化、膜法和曝气生物滤池等工艺,虽然各有各的优点,但也有一定的局限性,相比来说,催化臭氧氧化是绿色工艺。
 
  1、为什么说,污水深度处理工艺工程可行技术并不多?
 
  简述几个工艺。活性炭吸附:水处理效果是好的,除费用高外,主要是需要再生废炭量达万分之十左右,活性炭再生工艺是个问题;其它化学吸附剂:脱附需要酸碱,脱附液达3 – 5%,同样是难题。芬顿法属高级氧化,有机物去除效果尚好,但硫酸亚铁加量上千ppm,还有双氧水和液碱等,仅去除了一百ppm左右的COD,产泥量和产盐量越来越是问题。膜法和曝气生物滤池都有其局限性。
 
  2、为什么说,催化臭氧氧化是绿色工艺?
 
  从原理上,催化臭氧工艺与芬顿工艺氧化有机物的方法是相同的,都是依靠•OH。但产生•OH的途径不同。芬顿工艺是在酸性条件下依靠Fe2+催化H2O2,属同相催化。不仅要加化学药剂,中和后产生大量的铁泥和硫酸根。而催化臭氧依靠的是“过渡金属化合物”,催化剂是固相,异相催化,真正意义的催化剂,且在pH中性条件下催化,不产泥、不产盐。
 
  3、应用于深度处理,为什么臭氧一定要催化?
 
  臭氧虽然是种强氧化剂,能氧化很多种有机物。但要搞清楚一个概念:能氧化,并不等于能彻底氧化。将大分子有机物氧化成小分子醇、醛、有机酸等,有机物并没有去除,甚至TOC值没有变化。何况,臭氧并不能直接氧化生化出水中很多种有机物。大量实验表明,臭氧的直接氧化对大部分废水的生化出水,COD去除率仅10 – 20%。而催化后,臭氧分解产生•OH,不仅氧化能力更强,氧化有机物的种类也更多。
 
  4、为什么说,催化臭氧在深度处理中应用是种新工艺?
 
  曾有工程界人士认为,在水处理中臭氧的应用有大量的工程实践,即指臭氧在给水中的消毒与在工业废水中的脱色。但臭氧在深度处理中应用,与前两者完全不同。消毒,仅需破坏细胞的生理功能,不需要改变有机物分子形态;脱色,也仅需要改变分子结构中显色基团;而深度处理要求将有机物彻底氧化。在投加量上,消毒仅需2 – 3 ppm;而在深度处理中需投加上百个ppm;更需要使用催化剂。
 
  随便说一句,给水中臭氧—活性炭工艺,活性炭主要是吸附功能并作为微生物载体;臭氧则氧化分解水源水中的腐殖酸类大分子有机物。活性炭并不是臭氧的催化剂,否则微生物功能受到损害。
 
  5、铁基催化剂有什么特点?有几种?
 
  “过渡金属的化合物是臭氧催化剂”。铁,是过渡金属,它的化合物也是催化剂。据报道:Fe3O4、Fe2O3都有催化功能。我们开发的催化剂主要涉及FeOOH,FeOOH有各种晶型,α-、γ-、β-、ε-等等,已取得发明授权的催化剂种类有四种:(1)铁矿与木屑还原焙烧形成颗粒,再经表面改性;(2)由芬顿铁泥制备的FeOOH;(3)由红土镍矿分离制备的FeOOH;(4)铁屑表面改性。
 
  关于纯物质的催化能力,有种学术观点认为:固相中有OH的过渡金属化合物,易于催化形成•OH。但各种催化成份的催化能力,在工程实践的意义并不大,主要是催化剂总量。
 
  大部分通过浸渍、烧结制备的催化剂,催化成份的量仅有几十个微米厚。我们的催化剂与之不同,第(2)、(3)种里外都是有效的催化成份。第(1)、(4)种在氧化环境中催化剂表面保持并可重新形成有效的催化成份,所以有持久的催化能力。
 
  6、臭氧在深度处理中的应用,工艺难点在哪里?
 
  臭氧比空气重,溶解度是氧气的13倍;关键臭氧不是稳定的气体,常温下净水中的半衰期只有20分钟,且温度和杂质对臭氧半衰期影响很大,在工业废水中一般只有数分钟。深度处理工艺中关键,是在臭氧无效分解之前,经催化臭氧有效分解产生•OH。因此,反应器单位体积催化剂表面积(与催化剂比表面积概念有所不同)是十分重要的参数。简单地说:催化剂的量要多;三相传质条件要好。
 
  7、铁屑基催化剂有什么特点?有什么工艺优越?
 
  铁屑经表面经改性形成FeOOH,一方面是催化成份,有效地催化臭氧;另一方面又是纯化成份,保护铁屑内的零价铁。因此,改性铁屑在催化臭氧反应器中成为化工意义的填料,且比表面积比商品填料拉西环、鲍尔环高出七-八倍。铁屑基催化剂成品做成规整化填料,或称单元化填料,如“蜂窝或沙琪玛”形状,大大提高了工程上的催化效果。
 
  (1)规整化填料,避免了运输和使用过程中填料表面相互摩擦,从而保护表面改性所形成的有效催化成份FeOOH;
 
  (2)沙琪玛状单元化填料孔隙率虽大,孔隙孔径却很小。因为•OH在水中的寿命只有纳秒级,即:•OH不可能通过水流扩散传质,去氧化液相主体有机污染物;只能通过微观传质(如布朗运动),就近氧化液体中有机物。孔径很小的规整化填料为此创造了条件。
 
  顺便指出:流化态的催化剂,若使用量较小,难以起到工程意义的催化效果。
 
  在适宜的参数范围内对铁刨花进行压缩,保证铁屑基规整化填料具有较大的比表面积、较大的孔隙率、较小的孔径范围、较大的孔隙连通率,是制作规整化填料的关键。
 
  8、催化臭氧工艺对臭氧发生器有什么要求?
 
  在臭氧消毒中,臭氧浓度很低,因此对臭氧发生器没有什么要求。在深度处理中,臭氧投加量大;且氧化反应困难,从反应动力学角度,希望臭氧浓度高;因此,供气浓度高的臭氧发生器是选择的方向。随便说一句,即使臭氧浓度很高的供气,气体中绝大部分仍然是氧气。
 
  臭氧发生器,有的使用纯氧源,有的使用空气源。除臭氧供气浓度外,空气源将会给深度处理中总氮的去除带来负面影响,不建议采用。这是我们的研究成果。
 
  9、介绍一下催化臭氧工艺的反应器形式。
 
  效果好的当然是塔式反应器,钢结构,一般在水量3000M3/d以下时使用;在水量5000M3/d以上时,从工程经济考虑,只能使用钢筋混凝土结构,流型设计为折流式,但水力停留时间、催化剂量等应适当放大。对于钢筋混凝土结构的反应器,我们已经开发出成品的单元化填料。
 
  10、介绍一下催化臭氧工艺在各行业工业废水的应用情况。
 
  水质不同,催化臭氧氧化的效果差距很大,即使同一行业的废水,效果也有很大的差异,解决这一问题的方法就是小试实验。实践结果:(1)绝大部分的废水(约占99%),催化后均提高了COD的去除率;(2)大部分工业废水,经催化后COD的去除率提高幅度约60 – 150%左右;大部分工业废水,经50至120分钟的催化臭氧氧化,COD的去除率在50 – 70%之间。我们已做过多种行业废水的中试研究(塔高8米,处理水量在100M3/d左右),包括印染废水、煤化工废水、精细化工(农药、医药)废水、电子(液晶显示)行业废水等。万吨级废水处理,已有数项正在工程施工。
 

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