廣州新能源水處理高濃度難生化降解水處理新技術(shù)模板

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。高濃度難生化降解水處理新技術(shù)——氧化絮凝復(fù)合床技術(shù)(Oxido-FloculationReactor,簡稱OFR)有機污染物種類繁多,不少難于生化降解,特別”三致”有機污染物,由于在水體中濃度低至10—9級對人類健康危害仍很大,因此對于這類毒性大,濃度高且難于生化降解的有機廢水處理已是當(dāng)前世界水處理領(lǐng)域的熱點。80年代末,隨著有機電化學(xué)理論研究的深入,證實不少有機物的氧化還原、加成或分解都可在電極上進行,是去除水中有機污染物很有發(fā)展?jié)摿Φ男路椒?并被譽為”清潔處理法”,對一些成份復(fù)雜、生物難降解的有機廢水,用生物法或一般物理化學(xué)方法難于奏效,而電解法則有可能獲得較好的結(jié)果。比較國內(nèi)外有機廢水眾多的處理技術(shù),從經(jīng)濟和技術(shù)統(tǒng)一的觀點考慮,認為電解法和催化氧化法均有巨大的潛力。因此,從三維電極的基本原理出發(fā),巧妙配以催化氧化技術(shù),構(gòu)成一種新的很具特式的氧化絮凝復(fù)合床水處理技術(shù)。這種充分利用一些已有的原理和技術(shù)進行”巧妙的組合”達到1+1>2的目的,以求獲得更佳效果的方法也是當(dāng)前學(xué)術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域的新思想。這種新技術(shù)是根據(jù)水中需要去除污染物的種類和性質(zhì),在兩個主電極之間充填高效、無毒而廉價的顆粒狀專用材料、催化劑(或催化手段)及一些輔助劑、組成去除某種或某一類有機或無機污染物最佳復(fù)合填充材料作為粒子電極,將它們置于結(jié)構(gòu)為方型或圓型的復(fù)合床內(nèi),當(dāng)需要處理的廢水流經(jīng)氧化絮凝復(fù)合床裝置時,在一定的操作條件下,裝置內(nèi)便會產(chǎn)生一定數(shù)量的羥基自由基和新生態(tài)的混凝劑。這樣廢水中的污染物便會產(chǎn)生諸如催化氧化分解、混凝、吸附、絡(luò)合、置換等作用,使廢水中的污染物迅速被去除。羥基自由基(·OH)產(chǎn)生的方法及其檢測羥基自由基如下表所示,其標(biāo)準(zhǔn)電極電位僅次于F2+2H+/2HF,比O3+2H+/H2O+O2還要高,因此是極強的氧化劑。表幾種氧化劑的電極電位氧化劑氧化還原反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電極電位MnO2MnO2(s)+4H++2e-=Mn2++2H2O21.23Cl2Cl(g)+2e-=2Cl-1.36ClO2ClO2+2e-=Cl-+O21.50H2O2H2O2+2H++2e-=2H2O1.77O3O3+2H++2e-=H2O+O22.07·OHF2·OH+H++2e-=H2OF2(g)+2H++2e-=2HF2.803.06羥基自由基產(chǎn)生的方法有很多種,比較常見的是Fenton試劑,即利用下述反應(yīng)產(chǎn)生·OH,在pH<3.5時,·OH自由基生成速率最大。Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-Fe2++·OH→Fe3++OH-Fe3++H2O2→Fe2++H2O+H+H2O+H2O2→O2+H2O+·OH另外,UV(紫外光)/H2O2,UV/O3,UV/H2O2/O3,UV/TiO2光催化氧化系統(tǒng),高溫(150～350℃)高壓(0.5～20Mpa)下的濕式氧化,超臨界水氧化,超聲波等技術(shù),均會產(chǎn)生·OH自由基。這些方法其設(shè)備或運行費用都很高,一般企業(yè)都難以接受。為降低設(shè)備投資及運轉(zhuǎn)費用,我們研究以電能作激發(fā)能(脈沖電源),以無機物作引發(fā),利用空氣中O2,經(jīng)過下述的化學(xué)反應(yīng)機制生成初生態(tài)的H2O2,再進一步分解生成羥基自由基(·OH)(1)H2O2的生成:O2＋e－?O2－(1)或?O2－＋H＋HO2?(2)?O2－＋HO2?O2＋HO2－(4)2HO2?H2O2＋O2(3)HO2－＋H＋H2O2(5)(2)?OH的生成:H2O2＋e－OH－＋?OH(6)或H2O2＋Fe2＋Fe3＋＋OH－＋?OH(7)由于?OH自由基的壽命很短,不能直接測出其自旋捕獲電子順磁共振(ESR)信號。5,5-二甲基-1-吡咯啉-氮-氧化物(DMPO)是常見的·OH自由基捕獲劑,它與·OH自由基作用生成自旋加合物氮氧自由基DMPO-OH,其反應(yīng)如下:DMPO-OH的ESR譜圖為4重峰,(如圖1所示)中間兩重峰高,邊上兩重峰低。其強度比為1:2:2:1,g值(自由基張量)為2.0051。我們利用Fenton試劑(H2O2+FeSO4)找到最佳檢測條件:中心磁場3360G,調(diào)制輻度100,功率10mW,時間常數(shù)0.35,放大倍數(shù)1000,捕獲時間3-7mim,捕獲濃度4.0×10-3～6.0×10-3mol/L,在實驗裝置反應(yīng)后10min,立即取樣在上述條件下檢測。圖1復(fù)合床DMPO—圖1復(fù)合床DMPO—OH的ESR譜圖我們檢測了在各種不同反應(yīng)條件下的初生態(tài)H2O2的濃度(如表1所示),并經(jīng)過上述ESR法證實了·OH的存在。我們提出的這種·OH自由基產(chǎn)生的方法實踐證明具有設(shè)備簡單,投資省,效果穩(wěn)定可靠,運行費用低,易于推廣應(yīng)用等優(yōu)點。我們把擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)生·OH自由基的三維電極裝置命名為氧化絮凝復(fù)合床,其作用原理是:根據(jù)廢水中需要去除的污染物的種類和性質(zhì),在兩個主電極之間充填高效、無毒而廉價的顆粒狀專用材料,催化劑及一些輔助劑,組成去除某種或某一類污染物最佳復(fù)合填充材料作為粒子電極。將這些材料裝填于結(jié)構(gòu)為方形或圓形的復(fù)合裝置時,在一定的操作條件下,裝置內(nèi)便會產(chǎn)生一定數(shù)量的具極強氧化性能的羥基自由基(·OH)和新生態(tài)的混凝劑。這樣廢水中的污染物便會發(fā)生諸如催化氧化分解、混凝、吸附等作用,使廢水中的有機污染物迅速被去除。表1不同空氣壓力和處理時間對H2O2生成量的影響t/minPa/MPa05101530t/minPa/MPa051015300.000.015.915.947.794.40.050.08.524.5183.5271.50.020.0214.1243.1230.9243.60.070.07.418.118.745.1影響本技術(shù)處理工業(yè)有機廢水的主要物理化學(xué)因素為:顆粒電極材料的組分、結(jié)構(gòu)、有機污染物的種類、濃度、pH值、主電極距離、電壓、空氣流量等,其中以顆粒電極的組分、結(jié)構(gòu)影響最大的。我們對本技術(shù)各物理化學(xué)因素的影響規(guī)律作了較深入的研究。2、由于羥基自由基具有極強的氧化性,本技術(shù)用于處理工業(yè)有機廢水具有廣普性、快速、穩(wěn)定、可靠、污泥量極少、占地面積少、運轉(zhuǎn)費用低等優(yōu)點,是一種清潔的水處理技術(shù)。工業(yè)使用電源為脈沖直流電源,一般使用的電壓≤40V,處理時間為30分鐘,電流則由廢水電導(dǎo)率的大小所決定。本技術(shù)已成功用于處理印染、化工、皮革、線路板、垃圾滲濾液、噴漆、制藥等多個行業(yè)的高濃度工業(yè)廢水。研究結(jié)果表明,本項成果適用于多種工業(yè)有機廢水的處理,特別適用于高濃度有機廢水的預(yù)處理及經(jīng)生化后難于達到排放標(biāo)準(zhǔn)的深度處理,達到穩(wěn)定達標(biāo)排放的目的。由于羥基自由基具有極強的氧化性,有機污染物往往會被直接礦化為CO2和H2O,因此本技術(shù)用于處理廢水具有廣普性、快速、穩(wěn)定、可靠、污泥量很少、運轉(zhuǎn)費用低等優(yōu)點,符合清潔水處理技術(shù)的要求。3、實際工業(yè)廢水處理機理研究(1)垃圾滲濾液我們以廣州市李坑垃圾滲濾液作研究,經(jīng)GC/MS(色譜/質(zhì)譜聯(lián)用)技術(shù)檢測結(jié)果表明:在該滲濾液中共計有64種有機污染物:其中單環(huán)芳烴類1種、雜環(huán)類10種、烷烴及烯烴類9種、醇及酚類17種、酮類7種、羧酸及酯類14種、胺及其它類4種。經(jīng)氧化絮凝復(fù)合床技術(shù)處理后僅有十一種:多環(huán)芳烴類1種、雜環(huán)類1種、烷烴類6種、酚類1種、脂類2種。比較垃圾滲濾液處理前后的質(zhì)譜圖,原有63種有機污染物消失,其中單環(huán)芳烴類、烯烴類、醇類、酮類、羧酸類、胺及其它類完全消失。各種不同類型的有機污染物絕大部分降解為小分子有機物,甚至完全礦化為CO2、H2O而被去除。香港益尊環(huán)?？萍脊緞⒓覐姴┦繉⒃摾鴿B透原液與經(jīng)氧化絮凝復(fù)合床處理僅15分鐘后的滲濾液分別稀釋至CODCr約為1000mg/L,用EM菌作生化處理對比試驗,平均結(jié)果如下表(數(shù)據(jù)共29組,每組4個共116個):CODCr去除率(%)經(jīng)氧化絮凝復(fù)合床技術(shù)處理后稀釋66.53原垃圾滲濾液稀釋47.49這充分說明經(jīng)本技術(shù)處理后的有機污染物廢水,其可生化性大為提高。(2)線路板廢水我們還研究了華通電腦(惠州)公司兩類線路板廠廢水:D類和E類(根據(jù)該公司分類)。據(jù)GC/MS檢測,D類廢水共有56種有機污染物:環(huán)烷烴類5種、直鏈烷烴15種、羧酸及脂類8種、胺類4種、酮和醛類4種、烯烴6種、醇及酚類3種、腈類1種、其它類化合物10種。這56種中含有芳環(huán)或雜環(huán)的有13種。E類廢水共有14種有機物,其中含芳環(huán)和雜環(huán)的有7種。經(jīng)OFR裝置處理后,D類廢水僅余下8種有機物,其中含芳環(huán)和雜環(huán)的減少了10種,E類廢水經(jīng)OFR處理后原有有機物減少了11種。兩類廢水中大多種有機污染物被完全礦化成CO2和H2O,小部分被降解成小分子有機物。上述兩種有機污染物成份十分復(fù)雜的實際廢水,用OFR處理前后成分變化的事實充分說明,OFR技術(shù)對有機物的處理具有很好的廣普性。4、三維電極技術(shù)與其它技術(shù)聯(lián)合作用研究(1)與光催化氧化技術(shù)的聯(lián)合本項技術(shù)與其它水處理技術(shù),主要是與光催化氧化和生化技術(shù)的聯(lián)合,研發(fā)出新的深度氧化水處理技術(shù),以求達到1+1>2的目的。在這方面我們作了初步、有益的探索,取得了雖然是初步的,但卻是令人鼓舞的成果。其中,研發(fā)成功三種新型光電協(xié)同催化氧化反應(yīng)器,并用這些反應(yīng)器分別進行了甲酸、亞甲基蘭染料、偶氮型染料、草酸等降解機理作了較深入的研究。同時還研發(fā)了光電協(xié)同催化反應(yīng)器所使用的新型光電催化膜(Pt—TiO2、Ag—TiO2等)電極的制備、表征。同時,還較深入地研究了它們的光電催化活性。這些成果在兩位博士生的學(xué)位論文及在國內(nèi)處重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表的論文中得到充分的反應(yīng)。這些成果亦反映在已申報的創(chuàng)造專利”三相三維電極光電反應(yīng)器”(已被接受)和實用新型技術(shù)”三相三維電極光催化反應(yīng)器”(已獲批準(zhǔn))。(2)與生化技術(shù)的聯(lián)合我們在作廣州李坑垃圾滲濾液處理中試時,兩者聯(lián)合作用只而經(jīng)8～9小時,其CODCr值便可從1040～1840mg/L穩(wěn)定降至垃圾滲濾液一級排放標(biāo)準(zhǔn),排出水澄清透明,已無臭味,用排出水所養(yǎng)的魚長期存活。用于廚房污水處理(CODCr400～800mg/L)只需經(jīng)約2小時處理即能達到一級排放標(biāo)準(zhǔn)。在機理研究方面我們僅作了上述線路板廠D類有機廢水的機理研究。該類廢水經(jīng)三維電極—生物膜技術(shù)聯(lián)合作用,有機污染物從21種(見上述數(shù)據(jù))降至僅余下5種:十四烷、十八烷、二十烷、十六酸、十八酸亦即全部是直鏈烷烴和飽和羧酸。5、近期若干企業(yè)高濃度難生化廢水處理試驗結(jié)果廢水類型CODCr(mg/L)色度(倍)處理前處理后去除率(%)處理前處理后珠海某集團制藥廢5珠海某制藥公司廢水12940231082.2珠海某公司聚脂生產(chǎn)廢水12175249979.0河南某化工廠生產(chǎn)廢水188312593.0山東省維紡某化工集團廢水532981585佛山市某奧黑油生產(chǎn)廢0山東省泉林縣某造紙集團廢水20493928162525順德某垃圾發(fā)電廠滲濾液12646407668.060025海口市某垃圾填埋場滲濾液6434162975125060佛山市三水區(qū)某噴漆廢水23653190292.06、廣東省科技廳組織進行技術(shù)鑒定的意見(6月30日)(1)提供鑒定的資料齊全,符合科技成果鑒定的要求。(2)氧化絮凝復(fù)合床(Oxido-FloculationReactor,簡稱OFR)技術(shù)采用三維電極,以電能作激發(fā)能、無機化合物作引發(fā)劑,利用空氣中的O2,經(jīng)