臭氧催化高級氧化
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人氣：2729 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： 想了解更多產品詳情，請 |
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
2 處理效果好，COD去除率高達50%～80%。
2 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。
2 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。
2 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。
2 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。
2 應用范圍廣，幾乎所有的污水都可以采用。
2 100%有效成分，使用壽命長。
2 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
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電源電壓 |
AC380V 50HZ |
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臭氧發生器裝機容量 |
依去除COD總量確定 |
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COD去除率 |
>50% |
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處理量 |
0.1－5000m3/h |
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pH |
6－9 |
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催化劑種類 |
刨花態鐵基催化劑 |
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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 |
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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 |
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反應時間 |
20－60min |
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O3濃度 |
50－150ppm |
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反應溫度 |
常溫 |
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密度 |
350kg/m3 |
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空隙率 |
>90% |
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比表面積 |
>2000m2/m3 |
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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
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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 |
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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 |
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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 |
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3 |
投資成本 |
中 |
低 |
高 |
高 |
高 |
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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 |
高,高溫高壓 |
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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 |
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6 |
自動化程度 |
高 |
低。反應器易腐蝕，易反色 |
高 |
中 |
中 |
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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 |
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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
