污水臭氧高級(jí)催化氧化工藝

一臭氧高級(jí)催化氧化原理介紹：

　　臭氧是氧氣的同素異形體，含有 3 個(gè)氧原子。臭氧在常溫常壓下為淡藍(lán)色氣體，水中的溶解度為 9.2mlO3/L，高于氧氣（42.87mg/L），水中溶解濃度高于 20mg/L 時(shí)呈紫藍(lán)色。臭氧有很強(qiáng)的氧化性，氧化還原電位為 2.07V，單質(zhì)中僅低于 F2(3.06V)。臭氧可將廢水中殘留的大分子、長(zhǎng)鏈、難以生物降解的有機(jī)物部分直接礦化成二氧化碳與水，部分分解為小分子易生物降解物質(zhì)，破壞不可生物降解有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，降低毒性，提高B/C比，從而保證后續(xù)生化法的處理效果。

　　臭氧在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用十分普遍，水溶液中臭氧與有機(jī)物的作用主要有兩種途徑：一種是臭氧分子的直接氧化作用；另一種是臭氧被分解后產(chǎn)生?OH羥基自由基強(qiáng)氧化作用。

　　傳統(tǒng)的臭氧氧化技術(shù)以直接氧化為主，傳質(zhì)效果差、極高的選擇性、臭氧利用率低、投資與運(yùn)行成本高昂。

　　臭氧催化氧化技術(shù)是在氧化體系內(nèi)加入過(guò)渡金屬離子，能夠?qū)Τ粞跹趸a(chǎn)生明顯的催化效果，可以催化臭氧在水中的自分解，增加水中產(chǎn)生的?OH 濃度，從而提高臭氧氧化效果。

　　目前，催化臭氧工藝分為兩種類(lèi)型：均相臭氧氧化和非均相臭氧氧化。均相臭氧氧化是指在水中加入一些溶解性的過(guò)渡金屬離子以達(dá)到催化臭氧氧化的效果。非均相臭氧催化的催化劑以固態(tài)形式存在，易于分離，流程簡(jiǎn)單，既避免了催化劑的流失，也降低了水的處理成本。

　　非均相催化臭氧工程中常用的催化劑主要有：金屬氧化物和復(fù)合金屬氧化物;負(fù)載在載體上的金屬氧化物；負(fù)載在載體上的金屬；活性炭或以活性炭為載體的催化劑；多孔材料等。

　　其中過(guò)度金屬系列氧化物由于價(jià)格相對(duì)便宜，原料易得，催化活性高而應(yīng)用廣泛。如鈦氧化物、鐵氧化物、錳氧化物、鋁氧化物、鋅氧化物、銅氧化物、鎳氧化物等。

在非均相催化臭氧氧化體系中，一般有三種可能的反應(yīng)機(jī)理：

　　1、臭氧化學(xué)吸附在催化劑表面，生成活性物質(zhì)后與溶液中的有機(jī)物反應(yīng)。這種活性物質(zhì)可能是?OH，也有可能是其他形態(tài)的氧。

　　2、有機(jī)物分子通過(guò)化學(xué)鍵的作用吸附在催化劑表面，進(jìn)一步與氣相或液相中的臭氧反應(yīng)。首先有機(jī)物會(huì)迅速被吸附在催化劑載體上，載體表面的氧化物與其形成一些螯合物，隨后這些螯合物被臭氧和?OH氧化。

　　3、臭氧和有機(jī)物分子同時(shí)被吸附在催化劑表面（絡(luò)合物作用），隨后二者發(fā)生反應(yīng)。從還原態(tài)催化劑開(kāi)始，臭氧會(huì)氧化金屬，臭氧在還原態(tài)金屬上的反應(yīng)會(huì)生成?OH，有機(jī)物會(huì)被吸附在被氧化過(guò)的催化劑上，然后通過(guò)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)被氧化，再次產(chǎn)生還原態(tài)的催化劑。有機(jī)物隨之會(huì)很容易從催化劑上解吸（脫附），隨后進(jìn)入本體溶液，或被?OH和臭氧氧化。

經(jīng)過(guò)我們?nèi)紫到y(tǒng)的優(yōu)化，可提高羥基自由基的產(chǎn)生量達(dá)100%-300%，大幅增強(qiáng)臭氧氧化利用率。

多相催化氧化工藝應(yīng)用

　　多相催化氧化工藝在高濃度有機(jī)廢水處理中是以多相催化氧化反應(yīng)器的形式出現(xiàn)，并需根據(jù)不同水質(zhì)和環(huán)境添加不同的氧化劑，如空氣，臭氧，雙氧水，二氧化氯等，催化劑的加入會(huì)加快OH羥基自由基的生成和對(duì)有機(jī)物的氧化。此項(xiàng)工藝近幾年被廣泛應(yīng)用于印染，制藥，造紙和化工等高難度有機(jī)廢水的預(yù)處理中。多相催化氧化工藝對(duì)CODcr去除，脫色以及提高廢水的可生化性有著顯著的效果。如在印染廢水處理中，其脫色效率高達(dá)75%-95%之間，同時(shí)可以去除50%-80%的CODcr，提高B/C比至0.45以上。在對(duì)CODcr超過(guò)15萬(wàn)的農(nóng)藥廢水處理中，多相催化氧化工藝也體現(xiàn)了極高的效率，經(jīng)過(guò)2小時(shí)的反應(yīng)其CODcr去除率可達(dá)90%以上，且廢水性狀發(fā)生很大的變化，最明顯的是B/C比由0提高到0.3以上，廢水的可生化性加強(qiáng)，從而使后級(jí)生化處理達(dá)標(biāo)排放成為可能。

多相催化氧化工藝中的催化氧化材料具有高穩(wěn)定性，所以使用周期可達(dá)五年以上，并且安裝操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠。該工藝最大的優(yōu)點(diǎn)是可以附加于任何傳統(tǒng)處理工藝，因此對(duì)高濃度廢水原處理工藝的改造有著其他工藝無(wú)法比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 

二：臭氧催化氧化工藝優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景。

　　大部分污水經(jīng)過(guò)前端的傳統(tǒng)生化處理以后，主要的生化指標(biāo)大部分達(dá)到國(guó)家的排放要求，隨著國(guó)家生態(tài)環(huán)保要求的越來(lái)越高，國(guó)家對(duì)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求逐年提高，同時(shí)國(guó)家對(duì)危險(xiǎn)廢物的要求也進(jìn)一步收緊，處理危險(xiǎn)廢物的成本越來(lái)越高，導(dǎo)致整個(gè)污水系統(tǒng)的單位處理成本大大增加，這就迫使企業(yè)需要找到合適的提標(biāo)工藝，同時(shí)不產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物，我們的臭氧催化氧化工藝恰好符合這一要求，臭氧氧化，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，沒(méi)有污泥，沒(méi)有污泥，沒(méi)有污泥，相對(duì)成本低廉，脫色，降解cod,提高B/C比，除臭，滅菌，滅病毒。臭氧催化氧化主要應(yīng)用在污水工藝的提標(biāo)改造，不會(huì)產(chǎn)生二次污染的高質(zhì)量需求。

三：臭氧催化氧化技術(shù)工藝流程 

工藝流程圖

　　臭氧高級(jí)催化氧化工藝流程主要由現(xiàn)場(chǎng)氧氣制備系統(tǒng)，臭氧制備及控制系統(tǒng)，催化反應(yīng)系統(tǒng)，專(zhuān)用催化劑系統(tǒng)，尾氣破壞系統(tǒng)組成。

　　1:現(xiàn)場(chǎng)氧氣制備系統(tǒng)是根據(jù)PSA變壓吸附或VPSA原理，利用沸石分子篩獨(dú)特的性能，從空氣中分離出廉價(jià)的氧氣。具有流程簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、操作簡(jiǎn)便、隨開(kāi)隨用、制氧成本低、安全可靠、耗電少、氧氣純度可調(diào)、產(chǎn)氣壓力高等顯著特點(diǎn)，是一種理想的利用空氣為原料制取氧氣的空分設(shè)備。主要設(shè)備組成（PSA）螺桿空氣壓縮機(jī)，壓縮空氣儲(chǔ)氣罐，CTAH精密過(guò)濾器，組合式干燥機(jī)，PSA制氧吸附塔，氧氣純度分析及PLC控制系統(tǒng)，自動(dòng)排水系統(tǒng)，工藝氧氣儲(chǔ)氣罐等組成。我們的制氧產(chǎn)品特點(diǎn)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，氧氣產(chǎn)量壓力恒定，濃度90-93%，露點(diǎn)＜-60°，設(shè)備配置高，空壓機(jī)主機(jī)選用臺(tái)灣漢鐘，電機(jī)建議選用變頻控制，有效降低運(yùn)行成本，制氧分子篩選用美國(guó)合資霍尼韋爾（Honeywell）UOP分子篩，吸附效率高，正?？梢员ＷC3-5年無(wú)需更換，日常維保費(fèi)用低。電磁閥等主要元器件選用臺(tái)灣亞德客或等同質(zhì)量，保證設(shè)備的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。減壓閥組選用日本進(jìn)口SMC，精密過(guò)濾器和冷凍干燥機(jī)選用瑞典阿特拉斯.科普柯集團(tuán)Atlascopco旗下紐曼泰克Pneumatech,能耗低，制冷效率高，配備氧分析儀，德國(guó)西門(mén)子PLC和顯示屏控制，實(shí)時(shí)顯示控制，并可以同步遠(yuǎn)端上傳實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)程控制。 

　　2：臭氧制備及控制系統(tǒng)，前端輸送來(lái)的90%以上純度的氧氣經(jīng)過(guò)減壓閥組的作用，進(jìn)入到臭氧發(fā)生器的放電體內(nèi)，臭氧發(fā)生器的放電體材質(zhì)304不銹鋼，外電極采用316L材質(zhì)的不銹鋼，絕緣介質(zhì)采用進(jìn)口石英材質(zhì)，經(jīng)過(guò)精密軋制，管密度均勻，經(jīng)過(guò)30000V高壓的耐壓實(shí)驗(yàn)，絕緣強(qiáng)度保障設(shè)備的安全運(yùn)行，內(nèi)外電極雙間隙放電，保證了臭氧放電的轉(zhuǎn)化率，風(fēng)冷+水冷的雙冷卻模式保障臭氧產(chǎn)量和濃度連續(xù)不間斷工作的穩(wěn)定，精準(zhǔn)控制的各種閥門(mén)采用ESG頂級(jí)品質(zhì)，氣體流量?jī)x表采用臭氧專(zhuān)用定制的渦街流量計(jì)，密封采用四氟材料，配備精準(zhǔn)的在線濃度檢測(cè)儀，實(shí)時(shí)傳輸產(chǎn)出臭氧的濃度，與渦街流量計(jì)傳輸?shù)絇LC信號(hào)結(jié)合實(shí)時(shí)顯示臭氧產(chǎn)量，濃度，流量等參數(shù)，氧氣在高壓逆變器的作用下，高頻高壓產(chǎn)生高純度的臭氧，臭氧濃度可以高達(dá)10WT%,完整體系的運(yùn)作保證產(chǎn)出的臭氧流量產(chǎn)量恒定，壓力可調(diào)，最高可以到0.1mpa.

　　3:催化反應(yīng)系統(tǒng)，催化氧化工藝中重要的環(huán)節(jié)就是在這里完成反應(yīng)，在催化氧化反應(yīng)系統(tǒng)中設(shè)置必要科學(xué)合理的布?xì)庀到y(tǒng)，布水系統(tǒng)，出水系統(tǒng)，反沖洗系統(tǒng)，催化劑布置，尾氣收集系統(tǒng)，在這里可以根據(jù)客戶的實(shí)際水量和水質(zhì)定制合理科學(xué)大小的催化反應(yīng)器，材質(zhì)可以為304，316L，2205，玻璃鋼，PP等能耐臭氧氧化又符合水質(zhì)的材料。

　　4：專(zhuān)用臭氧催化劑，隨著新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，我們公司聯(lián)合科研院所，并經(jīng)過(guò)多年的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，研制出全新一代臭氧氧化催化劑，催化劑載體又稱(chēng)擔(dān)體（support）,是負(fù)載型催化劑的組成之一。催化活性組分擔(dān)載在載體表面上，載體主要用于支持活性組分、獲得較高的比表面積，具有合適的形狀、尺寸和機(jī)械強(qiáng)度，以符合工業(yè)反應(yīng)器的操作要求，使催化劑具有特定的物理性狀，而載體本身一般也具有催化活性。多數(shù)載體是催化劑工業(yè)中的產(chǎn)品，常用的有氧化鋁載體、硅膠載體、活性炭載體及某些天然產(chǎn)物如浮石、 硅藻土等。常用“活性組分名稱(chēng)-載體名稱(chēng)”來(lái)表明負(fù)載型催化劑的組成，如加氫用的鎳-氧化鋁催化劑、氧化用的氧化釩-硅藻土催化劑。

　　應(yīng)用較廣泛的載體有：多孔分子篩、AL2O3活性氧化鋁、樹(shù)脂、陶瓷球、陶瓷、氧化硅、活性炭等。

臭氧催化劑特點(diǎn)：

　　臭氧吸附在催化劑表面，生成活性物質(zhì)?OH與其他形態(tài)的氧后與溶液中的有機(jī)物反應(yīng)；有機(jī)物分子通過(guò)化學(xué)鍵的作用迅速吸附在催化劑表面，與載體上的氧化物形成一些螯合物，進(jìn)一步與氣相或液相中的臭氧和?OH氧化；臭氧和有機(jī)物分子同時(shí)被吸附在催化劑表面（絡(luò)合物作用），隨后二者發(fā)生反應(yīng)，臭氧氧化金屬生成?OH，有機(jī)物吸附在被氧化過(guò)的催化劑上通過(guò)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)再次產(chǎn)生還原態(tài)的催化劑，隨之會(huì)很容易從催化劑上解吸（脫附），隨后進(jìn)入溶液，被?OH和臭氧氧化。

（1）本催化劑通過(guò)大量試驗(yàn)和工程應(yīng)用篩選催化劑載體及活性組分，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)成型，解決均相催化系統(tǒng)的催化劑須定時(shí)添加、催化劑流失率的問(wèn)題，防止二次污染。催化劑機(jī)械強(qiáng)度大、使用壽命長(zhǎng)、耐沖刷。多孔材料為催化劑提供了巨大的比表面積，提高臭氧利用率、與污染物的反應(yīng)速率、減少臭氧投加量。

（2）粒徑尺寸可定制（2-3mm 3-5mm 4-6mm 各種規(guī)格都可定制）。

5：尾氣破壞系統(tǒng)，

　　臭氧催化氧化技術(shù)的應(yīng)用，也為臭氧尾氣的產(chǎn)生提供了渠道，我們?cè)O(shè)計(jì)了完整的運(yùn)行體系，在催化反應(yīng)器頂部設(shè)有尾氣收集裝置，通過(guò)管道在尾氣破壞系統(tǒng)高壓風(fēng)機(jī)的作用下，將為反應(yīng)完全的臭氧氣體密閉收集到臭氧尾氣破壞反應(yīng)器，破壞系統(tǒng)包括不銹鋼分體式高壓風(fēng)機(jī)，加熱器，除霧器，專(zhuān)用臭氧分解催化反應(yīng)器，分解催化劑等組成，保障排出的廢氣中臭氧濃度低于0.1ppm的國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。在此環(huán)節(jié)，我們可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行尾氣排放前臭氧濃度監(jiān)測(cè)，排放后臭氧尾氣濃度監(jiān)測(cè)等各種指標(biāo)的準(zhǔn)確檢測(cè)。

　　綜上所述，我們的臭氧催化氧化工藝成熟可靠，運(yùn)行出水指標(biāo)穩(wěn)定，運(yùn)行費(fèi)用低，投資少，不產(chǎn)生二次污染，具有極高的社會(huì)效益和投資性價(jià)比，前期我們可以提供臭氧催化氧化中試試驗(yàn)車(chē)，可以到用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，處理效果直觀完備?？梢愿鶕?jù)中試結(jié)果定制各種配置的工藝組合設(shè)備。

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