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            臭氧(催化)氧化技術在污水處理廠提標改造中的應用

            日期:2021-07-03 14:55
            瀏覽次數:265
            摘要:臭氧催化氧化法的主要優點是反應迅速,流程簡單,沒有二次污染問題。隨著各地方政府污染物排放標準的發布,污水處理廠均面臨著提標改造的問題。即使是市政污水處理廠,有時來水也會混入一定比例的工業廢水,使得原水組分比較復雜,難降解有機物含量較高,這對污水處理廠提標改造中CODCr 達標造成很大的困難。本文通過闡述臭氧氧化技術及臭氧催化氧化技術在水處理深度處理中的應用現狀,介紹了臭氧催化氧化技術,并與常規Fenton試劑氧化技術進行了對比,顯示了臭氧催化氧化技術在污水處理廠提標改造中良好的應用前景。

            隨著經濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高,我國城市污水處理面臨嚴峻挑戰。早期建設的污水處理廠和污水處理設施由于設計處理能力不足、處理工藝落后,已經無法滿足現有需求,嚴重影響了城鎮化進程。針對這種情況,政府相繼發布了《水十條》和《城市黑臭水體整治工作指南》,對國內水環境質量的改善及城市黑臭水體的整治提出了時間節點。各地方政府也相繼出臺了污水處理廠污染物排放標準[1]。

            新排放標準的發布使得現有的污水處理廠面臨著提標改造的問題[2]。目前市政污水處理廠的來水中也時常會混入一部分工業廢水[3],使得原水組分比較復雜,難降解有機物含量較高,可生化性較差,這對污水處理廠CODCr達標造成很大的困難。尤其是水體中難降解的有毒有害有機物含量的增加,增大了對污水處理廠深度處理技術選擇的難度,也對污水處理廠的提標改造工作影響很大。據此,需要采用比常規生化處理工藝更有效的處理技術。近年來,上等氧化技術在污水處理廠的深度處理中的應用越來越多,常用到的技術包括Fenton試劑氧化技術、電催化氧化以及臭氧氧化技術等 [4]。其中,Fenton試劑氧化技術是在酸性條件下利用Fe2+催化H2O2產生氧化性強、無反應選擇性的羥基自由基(·OH,氧化還原電位為2.80V),它能將難降解有機物氧化成二氧化碳、水,或者將有毒有害物質氧化成無害的物質;但該技術的缺點是引入雜鹽,反應條件苛刻,運營費用較高。電催化氧化技術在工程化的應用過程中,尚存在氧化降級效率較低、運行成本偏高的問題。在這些上等氧化技術中,值得一提的是臭氧氧化技術或臭氧催化氧化技術。臭氧氧化技術也是利用羥基自由基(·OH)去除廢水中難降解有機物。臭氧在被發現之后的一百多年里主要用于水體**,直到1998年,日本靠前臭氧深度處理污水廠示范工程開始運行[5]。由于其清潔無污染、氧化效率高、操作簡單等優點,已經成為去除廢水中高穩定性、難降解有機物的關鍵技術之一,在污水處理廠提標改造廢水深度處理過程中獲得了越來越多的青睞[6-7]。

            本文通過對現有臭氧氧化技術在廢水處理中的研究進展進行綜述,并分析對比了臭氧催化氧化技術和Fenton試劑氧化技術,為市政污水處理廠提標改造深度處理工藝選型提供幫助。

            1 臭氧氧化技術研究進展

            1.1 臭氧氧化技術

            臭氧作為一種強氧化劑,氧化電位為2.07V,僅次于氟和·OH,且反應后分解為氧氣不產生二次污染[7]。因此臭氧氧化處理工業廢水在污水處理領域引起了眾多研究者的追捧。國內學者利用臭氧對啤酒、印染、檸檬酸等行業廢水進行深度處理,發現臭氧對色度去除率高達90%以上,而對CODCr去除率較低,在10%~20%[8-10]。這是因為臭氧直接與有機物的反應選擇性較強,在低濃度和短時間內,也不可能完全礦化污染物,且產生的中間產物會影響臭氧的進一步氧化,因此,為了提高臭氧利用效率,需要進行大量的改善或深入研究[11,12]。

            1.2 臭氧催化氧化技術

            臭氧催化劑氧化是目前研究*多的一種臭氧催化氧化技術,按照反應相態可以分為均相臭氧催化氧化和非均相臭氧催化氧化。非均相臭氧氧化技術是利用非均相催化劑,由于其易于回收且無二次污染等優點,是臭氧催化氧化技術的熱門研究方向。由于臭氧催化氧化過程比較復雜,因此,如何針對性的選擇合適的催化劑是臭氧催化氧化技術亟待解決的問題[13-15]。其催化臭氧氧化的主要作用有兩種:一是利用催化劑的吸附作用先吸附有機物至催化劑表面區域,增加臭氧與有機物接觸幾率;二是催化活化臭氧分子,提高臭氧分解產生·OH的速率,取得更好的氧化效果[16-18]。

            1.3 多維度臭氧催化氧化技術

            除加入非均相催化劑外,將臭氧和其他水處理技術如超聲波、紫外光、過氧化氫和生物處理等技術組合,也可將臭氧催化轉化為氧化性更強而反應選擇性更低的·OH,從而大大提高臭氧的氧化能力和利用率。

            O3/UV法是在投加臭氧的同時輔以紫外光照射,臭氧在紫外光輻射下會分解產生活潑的·OH;臭氧/超聲波組合技術主要是利用超聲波的空化效應,使廢水中出現空化氣泡,并且產生局域高溫高壓的條件促使臭氧快速分解,產生·OH;O3/H2O2組合技術,不需要高能量輸入,且設備簡單,不產生二次污染,可直接將污染物氧化為二氧化碳和水,其降解速率是單獨臭氧氧化的2~200倍;O3/BAF(曝氣生物濾池)組合技術是將臭氧和曝氣生物濾池聯用,廢水先通過臭氧預處理提高其可生化性,然后再采用曝氣生物濾池進行生化處理,在降低運行成本的同時,保證出水的處理效果[19-23]。

            2 臭氧催化氧化系統介紹

            臭氧催化氧化系統,包括臭氧發生器、塔反應器和新型的催化劑等。

            2.1 臭氧發生器

            臭氧發生系統主要由臭氧發生器、自控及配套檢測裝置、尾氣破壞裝置等組成。目前市場上主流的臭氧發生器有管式和板式臭氧發生器兩種。其中管式臭氧發生器是在臭氧發生器內部兩個固定管板之間焊接有一定數目的管來當作接地電極,每個電極由一個高壓電極、不銹鋼網和一個電介質玻璃管組成,臭氧在接地電極、介電質和高壓電極之間的間隙中產生。板式臭氧發生器是采用電暈放電技術,在高壓電場的作用下,通過氧原子、氧分子及高速電子三者碰撞反應形成臭氧。

            2.2 塔反應器

            臭氧反應器有接觸氧化塔、接觸氧化池等形式,其中臭氧接觸氧化池一般采用鋼筋混凝土的形式,工程造價較低,但存在臭氧分布不均,反應條件控制不準確等問題;臭氧接觸氧化塔優點是采用高強度防腐材料制成;可根據實際情況靈活更改進水出水方式;采用微納米曝氣方式;內部結構經特殊設計,在滿足承托催化劑的同時,防止溝流、短流等現象的發生;塔體設有多處組合工藝預留口,靈活控制臭氧催化氧化工藝的氧化效率優勢體現:占地面積小,大幅度提高了臭氧利用效率,強化了對有機污染物的氧化效率。

            2.3 催化劑

            非均相臭氧催化氧化催化劑一般由活性組分和載體組成,其中活性組分多為Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Ni和Ce等的金屬氧化物;載體多為活性氧化鋁小球、活性炭、陶粒、多孔沸石、石墨烯等。

            我公司研制了一系列具有自主知識產權的非均相臭氧催化氧化催化劑,可根據項目實際水質情況有針對性的篩選催化劑。整體表現出高效的催化活性。

            3 結語

            隨著環保壓力的增大,污水處理廠提標改造項目越來越多,常規的方法已經不能滿足出水指標要求,未來污水處理廠的提標改造,將會越來越多的選擇上等氧化技術作為提標改造的深度處理技術,臭氧催化氧化技術由于具備諸多的技術及工藝優勢,將成為上等氧化技術產業化應用的典范。

            在污水處理廠的提標改造服務方面一直在探索可行的**性技術。作為知合環境打造的有代表性的臭氧催化氧化技術,同時在技術**化、工藝集成化、產品裝備化和系統智能化上實現了技術產業化的突破。依托產業新城內企業對環保的需求、污水處理廠提標改造需求等項目,不斷完善、不斷進步。

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