污水处理技术工艺

臭氧(催化)氧化技术在污水处理厂提标改造中的应用

发布日期:2019-04-01 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,我国城市污水处理面临着严峻的挑战。由于缺乏设计处理能力和落后的处理技术,早期建设的污水处理厂和污水处理设施已经不能满足现有的需要,严重影响了城市化的进程。针对这种情况,国家出台了“城市黑臭水体治理十条”和“城市黑臭水体治理指南”,提出了全国水环境质量改善和城市黑臭水体治理的时间节点。地方政府还颁布了污水处理厂污染物排放标准[1]。

新的排放标准的出台使现有污水处理厂面临着升级改造的问题。目前,一些工业废水经常混入城市污水处理厂的水中,使原水成分复杂,难降解有机物含量高,生物降解性差,使污水处理厂难以达到CODcr标准。尤其是水中有毒有害有机物含量的增加,增加了污水处理厂选择先进处理技术的难度,对污水处理厂的升级改造也有很大的影响。因此,有必要采用比常规生化处理工艺更有效的处理工艺。近年来,先进的氧化技术越来越多地应用于污水处理厂的深度处理。常用的技术有芬顿试剂氧化技术、电催化氧化技术和臭氧氧化技术。其中,芬顿试剂氧化技术是产生羟基自由基。在酸性条件下,以Fe2+为催化剂,氧化还原电位为2.80V),氧化性强,无反应选择性。可将难降解有机物氧化成二氧化碳、水,或将有毒有害物质氧化成无害物质。然而,这项技术的缺点是杂质盐的引入、恶劣的反应条件和运输。营业费用较高。在电催化氧化技术的工程应用过程中,还存在着氧化降解效率低、运行成本高等问题。在这些先进的氧化技术中,值得一提的是臭氧氧化技术或臭氧催化氧化技术。臭氧氧化技术也使用羟基自由基。去除废水中的难降解有机化合物。臭氧发现后100多年来主要用于水的消毒。直到1998年,日本第一个臭氧深度处理污水厂示范工程开始运行[5]。由于其清洁、无污染、氧化效率高、操作简单,已成为去除废水中高稳定性难降解有机物的关键技术之一。随着污水处理厂的不断升级,对污水的深度处理越来越受到重视。

综述了臭氧氧化技术在废水处理中的研究进展,分析比较了催化臭氧氧化技术和芬顿试剂氧化技术。

臭氧氧化技术的研究进展

1.1 臭氧氧化技术

臭氧是一种强氧化剂,其氧化电位为2.07 V,仅次于氟和OH,然后分解成没有二次污染的氧气[7]。因此,臭氧氧化处理工业废水已成为废水处理领域的研究热点。国内学者将臭氧用于啤酒、印染、柠檬酸等工业废水的深度处理。臭氧对色度的去除率大于90%,CODCr的去除率为10%/20%[8/10]。这是因为臭氧具有与有机物直接反应的强烈选择性,不可能在低浓度和短时间内充分矿化污染物,所生产的中间产物将影响臭氧的进一步氧化,因此,为了提高臭氧利用效率,需要进行大量改进或深入研究[11,12]。

1.2臭氧催化氧化技术

臭氧催化氧化是目前研究最为广泛的臭氧催化氧化技术之一。按反应相可分为均相臭氧催化氧化和均相臭氧催化氧化。异种臭氧氧化技术是异种催化剂的应用,由于其回收率高、无二次污染,是臭氧催化氧化技术的研究热点。臭氧催化氧化是一个复杂的过程,如何选择合适的催化剂是臭氧催化氧化技术的一个迫切问题[13-15]。催化臭氧氧化有两个主要功能:一是利用催化剂的吸附作用,将有机物吸附到催化剂表面,增加臭氧与有机物的接触概率;二是催化臭氧分子的活化,提高臭氧分解率,产生OH,从而使臭氧分子的活性得到提高。具有更好的氧化效果[16-18]。

1.3多维臭氧催化氧化技术

除添加非均相催化剂外,臭氧与超声波、紫外线、过氧化氢、生物处理等其他水处理技术相结合,也可将臭氧催化转化为OH,具有较强的氧化性和较低的反应选择性。从而大大提高了臭氧的氧化能力和利用率。

O3/UV法是在紫外光照射下加入臭氧,使臭氧在紫外光照射下分解生成活性OH;臭氧/超声波组合技术主要利用超声波的空化效应在废水中产生空化气泡,局部高温高压条件导致臭氧的快速分解和OH的生成;O_3/H_2O_2组合工艺在不需要高能量投入、设备简单、无二次污染的情况下,可直接将污染物氧化为二氧化碳和水,其降解速率是单独臭氧氧化的200倍。O3/BAF(曝气生物滤池)组合技术是臭氧与曝气生物滤池的结合。为了提高废水的可生化性,对废水进行了臭氧预处理,然后采用曝气生物滤池进行生化处理。同时,降低了运行成本。确保污水的处理效果[19/23]。

臭氧催化氧化系统在已知环境中的应用

Zenity-OCOT臭氧催化氧化系统,包括臭氧发生器、“知情塔”反应器和新型催化剂。

2.1 臭氧发生器

臭氧产生系统主要由臭氧发生器、自动控制和配套检测装置、废气销毁装置组成。目前市场上的主流臭氧发生器是管式和平板式臭氧发生器。管式臭氧发生器由一定数量的管材焊接而成,在臭氧发生器内部的两个固定管板之间作为接地电极。每个电极由高压电极、不锈钢网和介电玻璃管组成。在接地电极、介电电极和高压电极之间的间隙产生臭氧。平板臭氧发生器利用电晕放电技术,在高压电场作用下,通过氧原子、氧分子和高速电子的碰撞反应形成臭氧。

ZENITY-OCOT采用世界知名品牌的臭氧发生器系统,设计紧凑,面积小,安装方便,操作简单,臭氧含量高,氧化效率高,负压稳定运行,防泄漏设计,安全可控;高效尾气回收与销毁装置,全方位防止和控制臭氧泄漏。

2.2“知识塔”到达

臭氧反应器有接触氧化塔、接触氧化池等,其中臭氧接触氧化池一般采用钢筋混凝土形式,工程造价低,但存在臭氧分布不均、反应条件控制不准确等问题。臭氧接触氧化塔具有反应面积小、反应条件控制灵活等优点,但成本相对较高。

“知识塔”反应器介绍:

(一)结构设计:采用高强度防腐材料,具有一定的柔韧性,可改善水的生产方式;采用微纳米曝气;内部结构为满足配套催化剂,防止流量和流量过短。塔身设有多个组合过程专用端口,灵活控制臭氧催化氧化过程的氧化效率。

(2)具有占地面积小、臭氧利用效率高、有机污染物氧化效率高等优点。

2.3 催化剂

多相臭氧催化氧化催化剂一般由活性组分和载体组成,其中大部分活性组分为金属氧化物,如Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Ni和Ce。载体主要有活性氧化铝颗粒、活性炭、陶粒、多孔沸石、石墨烯等。

开发了一系列具有自主知识产权的GOO非均相臭氧催化氧化催化剂,可根据工程实际水质进行选择。催化剂的活性组分是多种过渡金属氧化物,载体中含有石墨烯修饰的纳米材料,总体上表现出较高的催化活性。

2.4工程案例比较分析

针对某工程项目中的反渗透浓缩水处理,经过试验和试验,获得了大量的试验数据,验证了天顶臭氧催化氧化技术的优点和处理效果,如图1所示。

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从图中可以看出。2在短时间内,可去除反渗透浓水中的CODCr、UV254、TOC。在反应30min后,CODCr、UV254、TOC逐渐接近平衡状态,CODCr从原水的293.9mg/L降至100.0mg/L,去除率为65.9%,原水1.285为0.325,UV254的去除率为74.7%,去除率为55.3%,从原水的79.95mg/L降至35.70mg/L。

此外,还从不同层次比较了ZENITY-OCOT臭氧催化氧化技术和Fenton试剂氧化技术的优点,指标比较见表1。从表中可以看出,与Fenton试剂氧化技术相比,ZENITY-OCOT在许多方面具有更广泛的应用优势,特别是在危险废物控制日益严格的环境条件下。Fenton试剂氧化技术及其衍生流化床Fenton氧化技术、电Fenton氧化技术等的应用应慎重选择。首先,应考虑危险废物的处理和处置方案。

表1 Zenity-OCOT臭氧催化氧化技术与Fenton试剂氧化技术指标比较

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3 结语

随着环保压力的加大,污水处理厂的提标改造工程越来越多。传统的污水处理方法已不能满足出水指标的要求。今后将对污水处理厂进行提标改造。越来越多的高级氧化技术将被选为先进的处理技术。臭氧催化氧化技术以其诸多的技术优势,将成为先进氧化技术在工业上应用的典范。

与环境相协调的知识与实践的研究与开发工作,以及环境保护事业的真诚开展。知识环境为污水处理厂的升级改造探索了可行的创新技术。作为在知识环境中构建的具有代表性的新一代Zenity-OCOT臭氧催化氧化技术,在技术创新、工艺集成、产品装备、系统智能等方面实现了技术产业化的突破。依托新工业城市企业环保的需要,以及污水处理厂升级改造的需要,我们不断改进和进步。

臭氧(催化)氧化技术在污水处理厂提标改造中的应用

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