處理含四氯化碳自來水設(shè)備的設(shè)計(jì)方案

1、處理含四氯化碳自來水設(shè)備的設(shè)計(jì)方案1.概述四氯化碳（CCl4）是黑色的液體，比重1.595，熔點(diǎn)-22.8，沸點(diǎn)76.8，有一種使人愉快的氣味，但有毒，微溶于水。與乙醚、乙醇可以任何比例混合，不燃燒。主要用做溶劑、有機(jī)物的溶化劑、香料的出劑、輕維的脫脂劑、減火劑、分析試劑等。在有催化劑碘存在的情況下，將干燥的氯氣通入二硫化碳中，再進(jìn)行分餾即可得到 。四氯化碳典型的肝臟毒物。高濃度時(shí)，首先是中樞神經(jīng)系統(tǒng)受累，隨后累及肝、腎;而低濃度長期接觸則主要表現(xiàn)肝、腎受累。乙醇可促進(jìn)四氯化碳的吸收，加重中毒癥狀。另外，四氯化碳可增加心肌對腎上腺素的敏感性，引起嚴(yán)重心律失常。人對四氯化碳的個(gè)體易感性差異較大，

2、有報(bào)道口服35ml即可中毒，29.5ml即可致死。在1602OOmg/m3濃度下可發(fā)生中毒。但也有在12g/m3濃度下接觸3Omin方出現(xiàn)輕度中毒。目前認(rèn)為四氯化碳無致畸和致突變作用，但具有胚胎毒性。根據(jù)IARCl972及1979年資料，四氯化碳長期作用可以引起嚙齒動(dòng)物的肝癌，被列為"對人類有致癌可能"一類的化學(xué)物。廢水中四氯化碳的去除主要有如下幾種方法：即（1）生化法；（2）吸附法；（3）離子交換法；（4）氧化法等。本設(shè)計(jì)方案采用光觸媒催化氧化與光觸媒新型炭吸附集成裝置，因?yàn)樾杼幚淼乃穆然紳舛炔桓撸瑑H有0.1mg/l(100g/L),處理后要求達(dá)到飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.003

3、mg/l(3g/L)。2.設(shè)計(jì)形式本設(shè)計(jì)方案采用光觸媒催化氧化集成裝置去除四氯化碳，進(jìn)水四氯化碳比較高為100g/L，而出水則要求達(dá)到3g/L以下，處理效率要求達(dá)到至少97%。因此，為保證處理設(shè)施的運(yùn)行可靠，光催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)采用不銹鋼材質(zhì)的平流往復(fù)式流向設(shè)計(jì)，通過隔板的設(shè)計(jì)來保證接觸反應(yīng)時(shí)間。(參見光催化反應(yīng)器初步設(shè)計(jì)方案初步示意簡圖及說明) 。根據(jù)美國MYCELX產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，其一次通過時(shí)截留四氯化碳可達(dá)90%，再以編號：WWS2004/0496環(huán)境（水）委托監(jiān)測報(bào)告及編號：HWS2004/0046環(huán)境（水）委托監(jiān)測報(bào)告計(jì)算得接觸1分鐘的去除率為56.4%，所以本方案采用延長接觸反應(yīng)時(shí)間2

4、分鐘的方式來保證處理后的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。去除率計(jì)算如下：1分鐘后水中殘留量：100g/L×(1-90%)×（156.4%）4.36g/L2分鐘后水中殘留量：4.36g/L×（156.4%）1.90g/L光催化氧化是一種高級氧化（AOPs）技術(shù)，是針對高濃度、難降解有機(jī)廢水的處理而開發(fā)的新型水處理技術(shù)。它是對化學(xué)氧化法的改進(jìn)與強(qiáng)化，根據(jù)不同的改進(jìn)措施，發(fā)展出濕式催化氧化、光催化氧化、均相催化氧化和多相催化氧化技術(shù)。其特點(diǎn)是具有超強(qiáng)的氧化能力，對有機(jī)物去除率高，在去除水中微量THMs和四氯化碳等致癌、致畸及致突變有機(jī)物方面與其它現(xiàn)有技術(shù)相比有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。1） 催化氧化法去

5、除水中有機(jī)污染物的機(jī)理與其它現(xiàn)有技術(shù)截然不同。其超強(qiáng)的氧化性，可將有機(jī)污染物徹底氧化成水、二氧化碳等無害的無機(jī)小分子物質(zhì)。2） 催化氧化處理運(yùn)行費(fèi)用低，水處理成本低。3） 催化氧化處理設(shè)備占地面積小，改造工程簡單易行，處理流程不產(chǎn)生二次污染。隨著光催化劑的制備、固載化技術(shù)方面日臻完善，催化氧化技術(shù)已逐漸為人們所認(rèn)同，并已在環(huán)境工程中被大規(guī)模推廣應(yīng)用。3. 光觸媒催化氧化裝置工作機(jī)理3.1光催化機(jī)理納米二氧化鈦固定膜在波長為254nm的紫外光照射下，其固定膜禁帶上的電子吸收光能而被激發(fā)到導(dǎo)帶上產(chǎn)生帶有很強(qiáng)負(fù)電的高活性電子，同時(shí)在禁帶上產(chǎn)生帶正電的空穴（H+），從而產(chǎn)生具有很強(qiáng)活性的電子空穴對，形

6、成氧化還原體系。這些電子空穴對遷移到二氧化鈦固定膜表面后與溶解氧、水（H2O）發(fā)生作用，最終產(chǎn)生具有高度化學(xué)氧化活性的羥基自由基（·OH）和超氧化物離子，可將有機(jī)物完全氧化為二氧化碳和水。這種羥基自由基對有機(jī)物的氧化作用具有很強(qiáng)的廣譜性。·OH自由基的電子親和能為569.3KJ，容易攻擊高電子云密度的有機(jī)分子部位，進(jìn)而形成易被進(jìn)一步氧化的中間產(chǎn)物。因此，采用光觸媒催化氧化技術(shù)可以去除水中各種不同類型的有機(jī)污染物，如氯仿、多氯聯(lián)苯、有機(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等，這些有機(jī)物采用其它方法是很難去除的。圖1光催化反應(yīng)機(jī)理3.2MYCELX產(chǎn)品描述：MYCELX產(chǎn)品是由自然干燥、半干燥和

7、不干油與合成聚合體構(gòu)成的聚合體混合物（專利號5437793和5746925/化學(xué)提煉服務(wù)（CAS）#173967-80-1和#173967-81-2）。這種聚合體被注入到各種基礎(chǔ)件中（如過濾網(wǎng)、吸油物質(zhì)），而且均勻的分散在這些基礎(chǔ)件中。碳?xì)浠衔镆坏┙佑|這種聚合體，它們就被分解并與這種聚合體沾合在一起，再也不會(huì)被分開、乳化或釋放到水里。MYCELX污染物工業(yè)廢水過濾器設(shè)計(jì)為5微米分離產(chǎn)品，是分離石油類碳?xì)浠衔镒罾硐氲漠a(chǎn)品，可瞬間去除油或汽油中的碳?xì)浠衔?，包括BTEX 混合物-苯。該產(chǎn)品可將油及水從混合液中分離,還可將可溶物及揮發(fā)性鹵代烴類污染物去除。過濾范圍涉及石油，汽油，包括苯、甲苯、乙

8、苯和二甲苯（統(tǒng)稱BTEX）等。過濾效果超過99%，使碳?xì)浠衔锼浇档偷缴儆谑畠|分之一(1ppb)。操作簡單，基本上不需壓力（0.5psi浸潤即可），不會(huì)堵塞。M30PCB-1.PCB產(chǎn)品能分離油水混合乳液，去除半可溶性物質(zhì)。MYCELX-M30PCB-1.PCB被證明是排除烷烴、烯烴、環(huán)烷、芳香烴（BTEX），原油，揮發(fā)性鹵代烴類污染物(四氯化碳、三氯甲烷、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷、三氯乙烯和四氯乙烯)。脂肪族碳?xì)浠衔?amp; 溶劑，氯化物，復(fù)合單體，聚合物，有機(jī)金屬，原油和燃料，熒光（sheen），甲基叔丁基醚（MTBE），殺蟲劑和POPs頑固的有機(jī)污染物(PCBs物質(zhì)、二氧(雜)芑

9、、呋喃、DDT 、艾氏劑、氯丹、狄氏劑、內(nèi)氯甲橋奈、七氯 、六氯苯、滅蟻靈 和八氯莰烯)，植物油綠色有機(jī)混合物，動(dòng)物脂肪，TBT，生物殺傷劑，膠質(zhì)重金屬，硅油等等最合適的產(chǎn)品。 MYCELX-M30PCB-1.PCB污染物工業(yè)廢水過濾器是特別優(yōu)秀的超級吸油和超級不沾水及不吸收水的產(chǎn)品，是特殊的油吸附劑，MYCELX- M30PCB-1.PCB污染物工業(yè)廢水過濾器只吸收被污染了的碳?xì)浠衔?，而且只有在飽和了時(shí)，只需將濾筒和污染物拿走，沒有殘留的水。MYCELX-M30PCB-1.PCB污染物工業(yè)廢水過濾器不含危險(xiǎn)物質(zhì)，不含有毒物質(zhì)，不含由NCP300.915節(jié)所規(guī)定的有害物質(zhì)。飽和的MYCELX

10、-M30PCB-1.PCB處理很簡單，焚燒即可。他們基本上沒有水能擠出來，燃燒后也只有一點(diǎn)點(diǎn)灰，對照美國陸軍航空燃料辛烷值測定法，燃燒產(chǎn)生的廢物BTU值是清潔的。通過了EPA第NCP300.915節(jié)內(nèi)容要求指標(biāo)檢測，HRM濾筒少量的有害特性完全是由它吸收污染物引起的。MYCELX-M30PCB-1.PCB污染物工業(yè)廢水過濾器設(shè)計(jì)用于吸收各種PCBs，符合排放標(biāo)準(zhǔn)（0.5ppt）。它能快速永久地吸附PCB物質(zhì)，并阻止PCBs再釋放出來。同時(shí)，它還能吸附低水平的BTEX物質(zhì)（苯、甲苯、乙苯、二甲苯）。3.3光催化水質(zhì)凈化設(shè)備的結(jié)構(gòu) 針對不同的水質(zhì)、不同的流量、不同的排放標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)納米二氧化鈦的劑量

11、、紫外光劑量、紫外光與套筒納米二氧化鈦固定膜間距、污水在固定膜套筒內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間等為用戶設(shè)計(jì)，封閉式結(jié)構(gòu)除了水體的進(jìn)、出水口外，設(shè)備的主體不銹鋼光催化反應(yīng)床處于密封狀態(tài)，不能漏水。4.處理工藝流程光催化氧化2MYCELX產(chǎn)品本方案處理流程如下圖所示進(jìn)水 達(dá)標(biāo)出水 工藝流程說明：水從進(jìn)水管經(jīng)MYCELX產(chǎn)品過濾后流入光催化反應(yīng)器，停留反應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)為2mim；去除四氯化炭99%后，然后從底部排出。5.方案比較分析5.1技術(shù)效果比較分析5.1.1方案一：普通活性炭（GAC）吸附工藝活性炭（GAC）吸附是去除水中有機(jī)污染物的最基本手段之一。普通活性炭（GAC）對水中THMs和四氯化碳的去除機(jī)理主要為物理

12、吸附作用，其次是生物降解作用。50年代初期歐美等國家就在飲用水處理中使用過活性炭，實(shí)際應(yīng)用歷史已經(jīng)很長。采用普通活性炭（GAC）吸附工藝去除THMs和四氯化碳，存在以下問題：1）普通活性炭（GAC）吸附主要是去除分子量5003000的有機(jī)物，分子量小于500以下的有機(jī)物由于其親水性較強(qiáng)而難以吸附，如果分子量再小，就更不利于活性炭的吸附。雖然THMs和四氯化碳屬于容易被活性炭吸附的氯化非芳香烴類物質(zhì)，但有的研究結(jié)果表明，在一定條件下活性炭對THMs和四氯化碳基本上沒有去除作用。其去除微量有機(jī)污染物的效果，國內(nèi)外的研究說法不一。美國的經(jīng)驗(yàn)表明，活性炭去除THMs的效率為23%60%，平均壽命34個(gè)

13、月，但有的幾周就失效。德國運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，活性炭不能去除THMs和四氯化碳。國內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，新炭可快速有效的去除THMs和四氯化碳，但吸附容量（0.046mg/g）不大。2）普通活性炭對飲用水中有機(jī)物（包括有機(jī)污染物）有一定的吸附作用已被公認(rèn)，但是普通的顆?；钚蕴坎荒鼙ＷC穩(wěn)定和長久的去除效果。THMs和四氯化碳的去除率時(shí)高時(shí)低。3）普通活性炭（GAC）吸附工藝長期使用過程中，隨著通水量的增加，甚至出現(xiàn)出水THMs和四氯化碳含量增長一倍以上的情況。造成出水THMs和四氯化碳增長由于兩方面原因：一是已吸附的THMs和四氯化碳脫附解析；二是鹵代烴的厭氧生物降解和厭氧微生物產(chǎn)生的甲烷通過自由基取代反應(yīng)生成

14、氯仿?？梢娙粼O(shè)計(jì)不合理或管理控制不當(dāng)，普通活性炭（GAC）吸附很可能成為潛在的污染源。4）由于普通活性炭（GAC）去除THMs和四氯化碳的不穩(wěn)定性，因此處理過程和效果不易控制和管理，只能依靠長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和頻繁的水質(zhì)檢測來人工操作調(diào)節(jié)，更難以提高自動(dòng)化程度。5）普通活性炭（GAC）去除THMs和四氯化碳的機(jī)理決定了該工藝只能部分降解污染物，不能將THMs和四氯化碳進(jìn)行無害化處理。6）一般情況下，普通活性炭（GAC）在通水4000倍炭床體積后，THMs和四氯化碳的去除率將大大下降，維持在40%50%上下。由于反沖洗并不能將已經(jīng)吸附的四氯化碳很好的洗脫，因此當(dāng)活性炭的吸附值選的很小時(shí)，23個(gè)月甚至只

15、有幾個(gè)周的時(shí)間，炭床就將處于吸附飽和狀態(tài)，碘值大幅度下降，吸附效能降低，此時(shí)必須進(jìn)行熱力或化學(xué)再生，一般采用熱力再生法，但該法對活性炭的強(qiáng)度有很大影響，同時(shí)活性炭的損耗量也比較大，其再生和更換為操作管理帶來很多不便，同時(shí)也大大增加了制水成本。雖然普通活性炭（GAC）去除THMs和四氯化碳存在許多問題，但由于其具有工藝簡單、投資較省、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，還是適用于小規(guī)模、短期處理臨時(shí)解決問題的情況。5.1.2方案二：光催化氧化工藝光催化氧化是一種高級氧化（AOPs）技術(shù)，是針對高濃度、難降解有機(jī)廢水的處理而開發(fā)的新型水處理技術(shù)。它是對化學(xué)氧化法的改進(jìn)與強(qiáng)化，根據(jù)不同的改進(jìn)措施，發(fā)展出濕式催化氧化、

16、光催化氧化、均相催化氧化和多相催化氧化技術(shù)。其特點(diǎn)是具有超強(qiáng)的氧化能力，對有機(jī)物去除率高，在去除水中微量THMs和四氯化碳等致癌、致畸及致突變有機(jī)物方面與其它現(xiàn)有技術(shù)相比有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。催化氧化去除水中有機(jī)污染物的機(jī)理與其它現(xiàn)有技術(shù)截然不同。其超強(qiáng)的氧化性，可將有機(jī)污染物徹底氧化成水、二氧化碳等無害的無機(jī)小分子物質(zhì)。催化氧化處理運(yùn)行費(fèi)用低，水處理成本低。催化氧化處理設(shè)備占地面積小，改造工程簡單易行，處理流程不產(chǎn)生二次污染。隨著光催化劑的制備、固載化技術(shù)方面日臻完善，催化氧化技術(shù)已逐漸為人們所認(rèn)同，并已在環(huán)境工程中被大規(guī)模推廣應(yīng)用。5.2 經(jīng)濟(jì)分析比較5.2.1 投資估算由上可見，方案二光催化氧

17、化工藝只相當(dāng)于方案一普通活性炭吸附工藝（GAC）初期投資的1/3多一點(diǎn)。5.2.2 運(yùn)行費(fèi)用由上可見，方案二光催化氧化工藝的運(yùn)行費(fèi)用（0.275元/ m3）也遠(yuǎn)低于方案一普通活性炭吸附工藝（0.336元/ m3）。5.3 方案比較綜合評價(jià)根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)下面分別從技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境和自然資源三方面對兩方案進(jìn)行綜合評價(jià)。5.3.1 技術(shù)先進(jìn)性方面方案二光催化氧化工藝與方案一普通活性炭吸附工藝（GAC）的去除機(jī)理存在本質(zhì)上的區(qū)別，光催化氧化工藝在去除水中微量THMs和四氯化碳等致癌、致畸及致突變有機(jī)物方面的優(yōu)越性和可靠穩(wěn)定的效果是采用普通活性炭吸附工藝（GAC）難以達(dá)到。5.3.2 經(jīng)濟(jì)性方面方案二光催化氧化工藝較方案一普通活性炭吸附工藝（GAC）無論是在初期投資及運(yùn)行成本上都低許多，而且占地面積也節(jié)省了不少。5.3.3 環(huán)境和自然資源方案二光催化氧化工藝處理過程中不存在廢水排放，不產(chǎn)生新的污染源，同時(shí)對水資源的利用率高，理論上可達(dá)到100%。方案一普通活性炭吸附工藝（GAC）處理過程中對活性炭吸附池需進(jìn)行經(jīng)常性和定期的沖洗，排放大量廢水，沖洗活性炭的廢水中含有較高濃度的四氯化碳，這部分