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废水处理中的催化氧化

时间:2020-8-12 14:47:51 次数:4559

目前污水深度处理工程可行的技术不多:活性炭吸附、其他化学吸附剂、芬顿氧化、膜法、曝气生物滤池等。虽然各有优势,但也有一定的局限性。相比之下,催化臭氧氧化是一个绿色的过程。

1.为什么说污水深度处理工程的可行技术不多?
简单描述几个过程。活性炭吸附:水处理效果好,除了成本高,再生废碳量在10‰左右,活性炭再生工艺是个问题;其他化学吸附剂:脱附需要酸碱,脱附液达到3–5%,也是个难题。Fenton法属于氧化法,有机物去除效果还是不错的,但是硫酸亚铁的用量是千ppm,双氧水和液碱等。,其仅去除约100ppm的化学需氧量,并且污泥产生和盐产生变得越来越成问题。膜法和曝气生物滤池都有其局限性。
2.为什么催化臭氧氧化是绿色工艺?
催化臭氧法氧化有机物的原理和芬顿法相同,都是依靠OH。但是产生OH的方式不一样。芬顿过程依靠Fe2+在酸性条件下催化H2O2,属于均相催化。不仅需要添加化学药品,而且中和后还会产生大量的铁泥和硫酸盐。但催化臭氧依赖于“过渡金属化合物”,催化剂是固相、多相催化、真正的催化剂,在pH中性条件下催化,不产生泥或盐。
3.应用于深度处理时,臭氧为什么一定要催化?

虽然臭氧是一种强氧化剂,但它可以氧化多种有机物。但是要明白一个概念:能氧化不代表能完全氧化。大分子有机物被氧化成小分子醇、醛、有机酸等。,有机物没有被去除,甚至TOC值也没有变化。此外,臭氧不能直接氧化生化出水的多种有机物。大量实验表明,臭氧直接氧化法对大部分废水生化出水的化学需氧量去除率仅为10-20%。臭氧经催化后分解生成OH,不仅氧化能力更强,而且氧化有机物种类更多。

4.为什么催化臭氧在深度处理中的应用是一个新的过程?
工程界有人认为,臭氧在水处理中的应用有很多工程实践,即臭氧在供水中的消毒和工业废水的脱色。但臭氧在深度处理中的应用与前两者完全不同。消毒只需要破坏细胞的生理功能,不需要改变有机物的分子形态;脱色只需要改变分子结构中的显色基团;深度处理要求有机物完全氧化。剂量上,消毒只需要2–3ppm;在深度处理中,要加几百ppm;更需要使用催化剂。
5.铁基催化剂有什么特点?有多少种?
“过渡金属化合物是臭氧催化剂”。铁是一种过渡金属,它的化合物也是催化剂。据报道,Fe3O4和Fe2O3具有催化作用。我们研制的催化剂主要涉及FeOOH,它有多种晶型,如α-、γ-、β-、ε-等。获得发明授权的催化剂有四种:(1)将铁矿石和锯末还原焙烧成颗粒,然后进行表面改性;(2)羟基氧化铁;由芬顿铁泥制成;(3)FeOOH;通过分离红土镍矿制备;(4)铁屑的表面改性。
至于纯物质的催化能力,学术界有一种观点认为,固相含OH的过渡金属化合物容易催化生成OH。然而,各种催化组分的催化能力在工程实践中意义不大,主要是因为催化剂的总量。
大多数通过浸渍和烧结制备的催化剂的催化成分只有几十微米厚。我们的催化剂和他们不一样,前(2)和(3)是内外都有效的催化成分。第一种(1)和第四种(4)可以在氧化环境中保持和重整催化剂表面的有效催化组分,因此它们具有持久的催化能力。
6.臭氧在深度处理中的应用有哪些技术难点?
臭氧比空气重,溶解度是氧气的13倍。关键的臭氧不是稳定的气体。常温下在纯化水中的半衰期只有20分钟,温度和杂质对臭氧的半衰期影响很大,一般在工业废水中只有几分钟。深度处理工艺的关键是在臭氧无效分解之前,通过催化臭氧有效分解产生OH。因此,反应器单位体积的催化剂表面积(不同于催化剂比表面积的概念)是一个非常重要的参数。简单来说:催化剂用量较多;三相传质条件更好。
7.铁屑基催化剂有什么特点?有哪些高超的技术?
铁屑被改性形成FeOOH,FeOOH是一种有效催化臭氧的催化成分。另一方面,它净化了成分,保护了废铁中的零价铁。因此,改性铁屑成为催化臭氧反应器中的化学填料,其比表面积比市售填料拉西环和鲍尔环高7-8倍。成品铁屑基催化剂制成规整填料,或单元化填料,如“蜂窝状或沙琪玛”状,大大提高了工程上的催化效果。
(1)填料规整化,避免了运输和使用过程中填料表面之间的摩擦,保护了有效的催化成分羟基氧化铁;通过表面改性形成;
(2)沙琪玛状组合填料虽然孔隙率大,但孔径小。因为oh在水中的寿命只有纳秒,即oh不能通过水流扩散传质氧化液相中的主要有机污染物;液体中的有机物只能通过微观传质(如布朗运动)在附近氧化。小孔径规整填料为此创造了条件。
顺便说一下,如果少量使用流化态的催化剂,在工程上很难起到催化作用。
在合适的参数范围内压缩铁屑,以确保铁屑基规整填料具有较大的比表面积、较大的孔隙率、较小的孔径范围和较大的孔连通性,是制作规整填料的关键。
8.催化臭氧工艺对臭氧发生器有什么要求?
臭氧消毒中,臭氧浓度很低,所以对臭氧发生器没有要求。在深度处理中,臭氧用量大;并且氧化反应困难。从反应动力学来看,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。对了,即使臭氧浓度很高,大部分气体还是氧气。
臭氧发生器,有的用纯氧源,有的用空气源。除臭氧浓度外,空气源会对深度处理中总氮的去除带来负面影响,不建议使用。这是我们研究的结果。
9.介绍催化臭氧法的反应器类型。
当然,水量在3000M3/d以下一般采用效果较好的塔式反应器和钢结构;当水量超过5000M3/d时,考虑工程经济性,只能采用钢筋混凝土结构,流态设计为折流,但水力停留时间和催化剂用量应适当加大。对于钢筋混凝土结构的反应器,我们开发了成品组合包装。

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