铁基催化剂催化臭氧氧化深度处理废水

   日期:2021-01-19     浏览:74    
核心提示:规整化填料,有效比表面积提升3-5倍

1、适用范围或应用领域

多种行业废水,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。


2、 技术简介

催化臭氧技术,氧化有机物能力强,可弥补生物法局限,清洁绿色,是最适深度处理技术。


铁基催化剂整砌化填料,具有独立知识产权,催化效果好,填料性质优越,特别适宜于纳秒级羟基自由基的产生与发挥作用。


3、工艺路线及参数或技术原理

针对废水深度处理中难降解有机物,以•OH主导的高级氧化方法最为有效;臭氧的直接氧化效果差,使其有效分解产生•OH形成高级氧化机制是关键。


本技术采用铁基催化剂催化臭氧,是真正意义上的异相催化,清洁绿色,不产生二次污染;开发的整砌化填料,内部存在大量的微通道结构,满足•OH寿命只有纳秒级、催化剂作用域有限的要求,应用效果好。


4、主要技术指标

COD去除率在40 ~ 60%


后续“二次生化”,COD去除率可达50 ~ 70% 


臭氧需要量:O3∶ΔCOD  =(1.2 ~ 2)∶1 


停留时间:20 ~ 180 min 


回流比:塔式可不回流,折流式 0 ~ 3倍


5、技术特点

(1)催化臭氧形成高级氧化机制。催化剂理论上不消耗,实际使用寿命长达五年,操作简单,运行管理方便。 


(2)绿色的深度处理工艺。与芬顿法等工艺不同,催化臭氧工艺不使用化学药剂,故不产泥、不产盐;臭氧分解后为氧气,没有二次污染。


(3)可与生物法有效组合。催化臭氧可有效降解生物难降解的物质,而它产生的中间产物可生化性又大幅提高。因此后续“二次生化”形成组合工艺,出水水质更好,成本更低。 


(4)运行成本低。在高级氧化工艺中运行成本最为低廉,且随着废水深度处理广泛采用,工程投资下降趋势显著。


6、技术优势

(1)催化剂填料有效比表面积很大,通常使用的为3500 M2/M3,是一般散装填料的 3 ~ 5倍。 


(2)属规整化填料,与散装填料相比,有效地保护了作为催化剂的表面改性层。 


(3)平均孔径很小,通常在1.0 mm左右,满足了催化臭氧形成高级氧化机制的必要条件。


7、设备组成

填料装置: 是配合大型砼反应器形式所开发的填料单元,又称单元化填料,属有包装的整砌填料,其工艺性能有以下特点: 


(1)有效比表面积很大,通常使用的为3500 M2/M3,是一般散装填料的 3 ~ 5倍。这一方面是由于刨花状铁屑其厚度不足0.1 mm;更重要方面,是由于发明人根据长期的实验研究,找到了有效比表面积与堆积密度之间的函数关系。 


(2)平均孔径很小,通常在1.0 mm左右,满足了催化臭氧形成高级氧化机制的必要条件。高级氧化机制就是由•OH主导氧化有机污染物,而•OH主要是在催化剂表面和固液界面液膜层形成的。由于•OH的寿命只有纳秒级,故不可能跑到距离较远的液相主体氧化有机物。据此,有理由怀疑投加量不大的流化型催化剂实际工程效果。此外,规整化填料内孔径形状各异,有利于紊流传质,也是填料的优越性能。 


(3)属规整化填料,与散装填料相比,有效地保护了作为催化剂的表面改性层;且在大型反应器中,由于密封和流态的要求,反应区应以多块填料垒叠为宜。由此,不仅要求规整化填料吊装方便,且流态上要求有二次配水功能。照片所示单元化填料很好地满足了这些要求。



 砼反应器: 大型污水处理厂通常使用钢筋混凝土反应器,造价低、容积率高。


为了适用这种形式的反应器,我们开发了单元化填料装置。填料装置必须与反应器流型匹配,才能发挥作用;同时,反应池的流型、臭氧布气扩散装置又极大地影响催化氧化的反应效率。 


(1)臭氧布气扩散装置必须是微孔布气,且器件的材质必须耐臭氧腐蚀;应综合考虑布气装置的使用寿命、拆换方便性、以及水倒灌时防堵塞性能等。


(2)气水必须逆向流。臭氧衰减动力学研究证明:大气泡同向流,臭氧在催化剂区分解率极低;而微气泡逆向流,臭氧在催化剂区几乎完全分解。水流向下,一般通过池上部布水渠堰配水,或侧边折流堰布水;池底丰子管或集水渠滤头汇水;且单元池的宽深比不易过大。 


(3)根据相关规范,臭氧反应池运行时必须密闭,因此池顶有盖。故单元化填料的高度必须小于反应器高度的1/2;一般小于1/3才便于施工。为了有效地利用反应池,单元化填料应能在池内叠置。 



 钢反应器: 当工业废水量小于3000M3/d时,钢结构反应塔就有明显优势。


主要是高径比大,配水条件好,气水逆向流时不易短流;是与其它塔型装置配合,系统较为协调。 


(1)虽然臭氧可以对金属材料产生腐蚀,机制是臭氧对零价金属的直接氧化。与氯离子持续的电化学腐蚀不同,臭氧的腐蚀受水中pH值影响甚大。酸性条件下腐蚀严重,偏碱性条件下即发生钝化作用,大大减缓了腐蚀速率。所以,钢反应塔材质,视废水的pH值、氯离子浓度、臭氧浓度、碱度等决定。 


(2)同样与氯离子腐蚀机制相反,臭氧对有机高分子材料产生脆化作用,其机制是臭氧分子对高分子有机物中C-C(特别是C=C)链的断链作用,极大地破坏了材质的强度,且往往对外观影响小,易被忽视。因此,反应系统中谨慎使用塑料材质,如:玻璃钢、PE、PVC、PS等。



(3)当钢反应塔有效高度超过6米后,塔上部排出的臭氧极低,一般远小于人的嗅觉阈值,对人体健康不产生危害。当然,工程中仍应按有关规范配置尾气臭氧破坏装置,以防万一。


8、技术要求

(1)一般为生物处理后的出水;否则,pH值必须大于6.0。


(2)以纯氧源制备臭氧,纯氧比例大于90%;纯氧贮存、制备,以及臭氧制备等可满足相关的安全规范。 


(3)根据水量采用两种反应器形式,当水量小于3000M3/d建议采用塔式(钢结构),当水量大于5000M3/d折流式(土建结构)。


9、工程案例

深圳光明污水处理厂-华星光电4.2万M3/d电子废水深度处理项目 


上海巴斯夫5000 M3/d混合化工废水提标 


靖江帝斯曼4000 M3/d制药废水提标 


福田集团盐城福汇纺织12000 M3/d印染废水提标-去苯胺及脱色 


绍兴污水处理厂高级氧化处理工程(中试规模100 M3/d) 


江西天新药业高级氧化处理工程(中试规模100 M3/d) 


宣伟涂料(南通)废水站高级氧化预处理工程

 
标签: 催化氧化 COD
 
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