臭氧催化氧化深度处理技术

   日期:2021-04-28     浏览:65    
核心提示:节能 高效 绿色 环保 无人值守 实现智能化控制

1、适用范围或应用领域

染料/医药/农药/石化/煤化/造纸/电镀/养殖/工业园区污水厂/循环水


2、技术简介

臭氧催化氧化技术能够高效降解工业废水中的难降解污染物,反应迅速,降解彻底,无二次污染。臭氧催化氧化技术广泛应用于料、医药、农药、石化、煤化、造纸、电镀、养殖、工业园区污水厂等产业的废水和循环水。此技术实现产业化推广应用,成本低,运行稳定,对污水深度处理发展有重要推进作用。


3、工艺路线及参数或技术原理

(一)基本原理


图1  臭氧分子的共振结构


臭氧本身具有很强的氧化作用,其氧化还原电位为2.07 eV,在水处理中可以去除水中的色度、臭味以及铁、硫化物、亚硝酸盐等。


单独臭氧氧化作用主要分为两个方面:臭氧分子与污染物反应的直接氧化作用;


臭氧分解所产生的羟基自由基与污染物分子反应的间接氧化作用。


图2  臭氧氧化有机物的三种机理


臭氧的强氧化作用主要由臭氧的分子结构所决定,臭氧分子具有四种分子共振结构, 从其共振结构中可以看出臭氧分子同时含有带正负电荷的氧原子,说明臭氧分子不仅可以作为亲电试剂,而且可以用作双亲试剂和亲核试剂。臭氧直接氧化反应可以用三种机理来进行解释,分别为:Criegee机理,1,3偶极加成反应机理和亲核取代机理。前两中机理是在水相反应中常见的臭氧氧化机理,而亲核取代仅仅在一些非水相反应中有发现。


间接臭氧氧化过程主要是臭氧分解产生羟基自由基。羟基自由基与水体中的有机物反应,使大分子有机物降解成小分子有机物,同时也会产生中间产物烷基自由基,使反应持续进行。

 

(二)催化氧化臭氧过程 

催化臭氧化技术可以解决臭氧氧化过程中臭氧利用效率低、矿化能力低以及污染物分解不彻底等问题。在常温常压下,臭氧通过催化剂的作用促进分解并产生羟基自由基(·OH),将难以用臭氧单独氧化或者臭氧氧化分解不彻底的有机物进行分解和矿化。·OH的氧化过程具有无选择性、反应速率高等特点,与大多数有机物反应时速率常数通常为106~109 M-1s-1,比臭氧与有机物的反应速率常数高出7个数量级。 


催化臭氧氧化根据催化剂的不同形态可分为两类:一类是均相催化臭氧的氧化作用,主要利用溶液中金属(离子)的催化作用;另一类是非均相催化氧化作用,主要利用固态金属、金属氧化物或负载在载体上的金属或金属氧化物的催化作用。均相催化臭氧氧化技术可以有效提高有机物的分解和矿化效率,但是金属离子回收难的问题限制了这一技术的推广。而非均相催化臭氧氧化技术的开发从根本上解决了金属离子的回收问题,其反应效率主要取决于催化剂的表面性质、溶液的温度和pH值等。 


(三)非均相催化臭氧氧化的机理

图3  非均相催化臭氧氧化的两种机理


非均相催化臭氧氧化的机理为两种:羟基自由基氧化机理和络合催化氧化机理。


羟基自由基氧化过程分为两步,第一步首先催化剂对有机物存在吸附作用,将有机物吸附于固体催化剂表面,第二步催化剂与臭氧反应生成羟基自由基和金属离子,然后在固体催化剂表面对有机物进行氧化降解。


络合催化氧化是有机物同样被吸附在固体催化剂表面形成金属络合物,随后臭氧分子或金属氧化物与臭氧反应生成的羟基自由基与络合物反应,有机物被降解成H2O和CO2。


4、主要技术指标

(1)臭氧催化剂催化活性高,催化剂种类多,活性组分为不同配比的过渡金属,有效催化臭氧生成自由基; 


(2)臭氧催化剂使用寿命长,活性组分与载体结合牢固,使用寿命≥5年; 


(3)运行成本低,臭氧利用率高,对废水的COD去除率≥70%; 


(4)整个反应都在催化氧化反应器内进行,停留时间短,总占地面积小。


5、技术特点

(1)臭氧具有强氧化性,臭氧催化剂能催化臭氧产生更强氧化性的羟基自由基,进而对污水中不能被普通氧化剂氧化的污染物进行氧化降解,反应无选择性,出水COD达到国家要求排放新标准(COD<40mg/L)或循环水回用的要求; 


(2)臭氧催化氧化反应将有机物彻底降解为CO2、H2O,不会产生二次污染; 


(3) 臭氧催化剂有效增加臭氧在水体中的传递速度和接触时间以增强臭氧的利用效率,节省臭氧投加量和氧化时间,能在10-30min内实现对有机质的快速矿化,从而大幅节省臭氧设备投资和运行成本;吨水处理成本低。


6、技术优势

依据臭氧的氧化性,龙安泰通过8年的研发,对臭氧催化氧化技术的条件、臭氧催化剂、臭氧催化氧化反应塔进行了深入研究并拥有了一系列的专利成果,龙安泰研发的臭氧催化剂技术优势如下: 


(1)常见的非均相臭氧催化剂是以比表面积较大的活性炭或活性氧化铝为载体,将铁、锰等过渡金属的盐类溶解为浸渍液,然后将载体放入到浸渍液中浸渍,然后将浸渍后的载体干燥、焙烧后制备而成。该类非均相臭氧催化剂制备过程复杂,且由于载体比表面积的限制,所以浸渍到载体中的有效组分比重小,易流失,催化剂活性下降快,催化效果难以持续。常见的共混法是将一种或者几种金属氧化物与粘结剂混合、焙烧后制备而成,催化剂的催化效果不理想。龙安泰环保研究并大规模制备了纳米双金属、多金属作为催化剂的活性组分。采用温差消融制备工艺,通过高温焙烧得到了比表面积大、催化效果强、活性组分与载体结合牢固的臭氧催化剂。 


(2)安全高效经济节能的整体工艺设计。经过多次试验以及多个项目的运行,充分验证安全设施设计方案,在确保污染物降解的基础上,设计配套的具有高处理效率的催化臭氧氧化废水处理装置,对传统的臭氧反应装置进行了改进,节约成本;过程可以实现催化剂的自动添加,不需要对塔体进行排污后手动添加,不需要使用者打开塔体即可完成催化剂的添加,操作简单,使用方便确保系统的高效稳定运行; 


 龙安泰环保依托本身在高级氧化方面大量的技术积累和工程业绩,可为客户提供技术咨询、工程设计、项目建设、装置调试和托管运营等一揽子服务。


7、设备组成

主要设备组成


8、工程案例


(1)辽东湾第二污水处理厂深度处理工程  


项目概述:辽东湾新区污水现状及辽东湾新区排水工程规划,拟建设一座处理规模为10万m³/d污水处理厂,即辽东湾第二污水处理厂,项目分期建设,工程为近期规模为3万m³/d,远期工程总规模10万m³/d。 


本项目主要建设内容为新建污水处理厂一座,污水厂日处理能力为3万吨,主体工艺采用调节池+水解池+EBIS 池+高效沉淀池+臭氧催化氧化池+BAF+连续流砂滤+超滤+反渗透+次氯酸钠消毒,其中深度处理系统臭氧催化氧化池+BAF由我司EPC总包。


位置:辽宁省盘锦市第二污水处理厂 


建设情况:2020年4月开始建设 


装置规模:近期:3万方/天 

 

远期:10万方/天 


占地面积:5公顷 


处理对象:主要处理对象为宝来化工、科楚化工、忠旺铝业三家企业污水,有机污染物主要包括两类,第一类为污水中原有的难生化有机物,第二类为生化过程中产生的少量微生物溶解性残留物。 


主体工艺:采用调节池+水解池+EBIS 池+高效沉淀池+臭氧催化氧化池+BAF+连续流砂滤+超滤+反渗透+次氯酸钠消毒



(2) 重庆康达水务有限公司--东营广饶污水处理厂 


广饶县污水厂采用较为先进的污水处理工艺,主体工艺采用“粗格栅及进水泵房+酸碱中和调节池+细格栅及曝气沉砂池+气浮澄清池+Bardenpho生物池+磁混凝+臭氧催化高级氧化池+消毒排放”。 


臭氧催化氧化池进水为上游磁混凝沉淀池工艺出水,设计规模75000m³/d


现场运行指标为: 进水水质为SS≤10mg/L,COD≤60mg/L,出水水质为SS≤10mg/L,COD≤30mg/L。


位置:山东东营广饶 


建设情况:2020年开始建设 


装置规模:7.5万方/天 


处理对象:主要处理对象为园区企业废水 


主体工艺:采用“粗格栅及进水泵房+酸碱中和调节池+细格栅及曝气沉砂池+气浮澄清池+Bardenpho生物池+磁混凝+臭氧催化高级氧化池+消毒排放



(3)丹东前阳污水处理厂项目 


丹东前阳污水处理有限公司位于东港市前阳镇新安村二组,占地约20亩,采用“气浮+生化+臭氧催化氧化”工艺,设计日处理污水处理量1万吨,主要负责前阳辖区内所有工业废水的处理,使出水水质达到国家一级A排放标准。我方负责污水的臭氧氧化深度处理,场地包括泵房、臭氧发生器间、配电室、双氧水加药房、臭氧氧化池。


位置:辽宁省丹东市 


建设情况:2019年11月开工,2020年项目完工 


装置规模:1万方/天 


占地面积:20亩 


处理对象:园区工业废水 


年运行时间:7200h 


主体工艺:采用“气浮+生化+臭氧催化氧化”工艺


 


图4 丹东前阳污水处理厂项目概览


(4)山西上德水务有限公司煤化工新材料产业园污水处理项目 


山西上德水务有限公司山西交城经济开发区污水处理厂项目占地约150亩,项目分两期建设,此次投入运营的为一期项目,每天处理废水1.5万吨,二期处理废水3.5万吨,其中深度处理采用“臭氧催化氧化+曝气生物滤池”,可确保达到国家一级A排放标准。


位置:山西交城 


建设情况:2018年11月项目完工 


装置规模: 1.5万方/天 


占地面积:150亩 


处理对象:煤化工新材料产业园内企业排放的化工废水及部分城镇污水 


年运行时间:7200h 


主体工艺:臭氧催化氧化+曝气生物滤池



(5)石嘴山污水处理厂项目 


建设地点位于石嘴山生态经济开发区宁夏新安科技有限公司处理中心东侧,第三排水沟西侧,污水处理厂控制用地面积约53亩。项目主要建设综合楼、辅助用房、综合处理间、调节池等设施。项目一期设计处理污水量18000m³/d,污水深度处理工艺采用“溶气气浮+臭氧催化氧化+BAF”,通过该组合深度处理工艺处理后可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A排放标准。 


位置:宁夏石嘴山市 


建设情况:2017年12月项目完工 


装置规模: 2万方/天 占地面积:53亩 


处理对象:综合制药化工园内企业排放废水项目 


年运行时间:7200h 


主体工艺:溶气气浮+臭氧催化氧化+BAF



(6)诸城悦东污水处理厂项目 


污水厂处理规模为20000 m³/d。一期项目5000吨难降解化工污水。二期建设项目第二阶段按5000m³/d 高难度工业污水+10000m³/d一般性工业污水。 


处理工艺采取“调节池+水解池+初沉池+A2O生化池+二沉池+接触氧化池+絮凝沉淀池+砂滤池+预氧化池+Lmax复合催化氧化罐+生物碳滤池+次氯酸钠接触消毒”的处理工艺。设计出水达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅴ类标准。 


位置:山东省潍坊市 


建设情况:2018年10月项目完工 


装置规模: 污水厂处理规模为20000 m³/d。一期项目5000吨难降解化工污水。二期建设项目第二阶段按 5000m³/d 高难度工业污水+10000m³/d一般性工业污水。 


占地面积:200㎡ 


处理对象:园区污水处理厂 


年运行时间:7200h 


主体工艺:调节池+水解池+初沉池+A2O生化池+二沉池+接触氧化池+絮凝沉淀池+砂滤池+预氧化池+Lmax复合催化氧化罐+生物碳滤池+次氯酸钠接触消毒



(7)交城蓝天碧水环境工程有限公司-焦化废水处理厂 


位置:山西交城 


建设情况:2020年项目完工 


装置规模: 3120方/天 


处理对象:焦化废水 


年运行时间:7200h 


主体工艺:隔油气浮+调节池+厌氧+缺氧+好氧+二沉池+絮凝沉淀池+反硝化滤池+臭氧催化氧化+曝气生物滤池 


出水要求:《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)中表3排放标准



(8)蠡县正忠制革污水处理有限公司 


废水种类:皮草硝染废水+生活废水; 


主体工艺:“复合反硝化滤池 + 臭氧催化氧化 +复合曝气生物滤池”,出水要求:提标改造工程由目前出水的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准提升至《大清河流域水污染物排放标准》(DB13/2795-2018)重点控制区排放限值。 


项目规模:20000m³/d。



(9)高阳泰晟染织有限责任公司 


废水种类:印染废水 


应用工艺:“生化出水 + LCO臭氧催化氧化 +清水回用” 


回用水要求:色度不高于30倍,COD不高于50mg/L 


项目规模:6000m³/d



(10)南京诚志永清能源有限公司 


废水种类:MTO废水中水项目膜浓水 


处理工艺:絮凝沉淀池+缺氧+好氧+二沉池+超滤+反渗透,产水回用,RO反渗透浓水+臭氧催化氧化,浓水排放要求:《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级B排放标准 


项目规模:4400m³/d



 
 
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