污水臭氧高級催化氧化工藝

一臭氧高級催化氧化原理介紹：

　　臭氧是氧氣的同素異形體，含有 3 個氧原子。臭氧在常溫常壓下為淡藍色氣體，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 時呈紫藍色。臭氧有很強的氧化性，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、長鏈、難以生物降解的有機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)廢水處理中應用十分普遍，水溶液中臭氧與有機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渡金屬離子以達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：金屬氧化物和復合金屬氧化物;負載在載體上的金屬氧化物；負載在載體上的金屬；活性炭或以活性炭為載體的催化劑；多孔材料等。

　　其中過度金屬系列氧化物由于價格相對便宜，原料易得，催化活性高而應用廣泛。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機理：

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

　　2、有機物分子通過化學鍵的作用吸附在催化劑表面，進一步與氣相或液相中的臭氧反應。首先有機物會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、臭氧和有機物分子同時被吸附在催化劑表面（絡合物作用），隨后二者發(fā)生反應。從還原態(tài)催化劑開始，臭氧會氧化金屬，臭氧在還原態(tài)金屬上的反應會生成?OH，有機物會被吸附在被氧化過的催化劑上，然后通過電子轉(zhuǎn)移反應被氧化，再次產(chǎn)生還原態(tài)的催化劑。有機物隨之會很容易從催化劑上解吸（脫附），隨后進入本體溶液，或被?OH和臭氧氧化。

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

多相催化氧化工藝應用

　　多相催化氧化工藝在高濃度有機廢水處理中是以多相催化氧化反應器的形式出現(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，催化劑的加入會加快OH羥基自由基的生成和對有機物的氧化。此項工藝近幾年被廣泛應用于印染，制藥，造紙和化工等高難度有機廢水的預處理中。多相催化氧化工藝對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75%-95%之間，同時可以去除50%-80%的CODcr，提高B/C比至0.45以上。在對CODcr超過15萬的農(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2小時的反應其CODcr去除率可達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，從而使后級生化處理達標排放成為可能。

多相催化氧化工藝中的催化氧化材料具有高穩(wěn)定性，所以使用周期可達五年以上，并且安裝操作簡單，運行經(jīng)濟可靠。該工藝最大的優(yōu)點是可以附加于任何傳統(tǒng)處理工藝，因此對高濃度廢水原處理工藝的改造有著其他工藝無法比擬的獨特優(yōu)勢。 

二：臭氧催化氧化工藝優(yōu)勢和應用場景。

　　大部分污水經(jīng)過前端的傳統(tǒng)生化處理以后，主要的生化指標大部分達到國家的排放要求，隨著國家生態(tài)環(huán)保要求的越來越高，國家對排放標準的要求逐年提高，同時國家對危險廢物的要求也進一步收緊，處理危險廢物的成本越來越高，導致整個污水系統(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工藝，同時不產(chǎn)生危險廢物，我們的臭氧催化氧化工藝恰好符合這一要求，臭氧氧化，操作簡單，自動化程度高，不會產(chǎn)生二次污染，沒有污泥，沒有污泥，沒有污泥，相對成本低廉，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用在污水工藝的提標改造，不會產(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

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

　　1:現(xiàn)場氧氣制備系統(tǒng)是根據(jù)PSA變壓吸附或VPSA原理，利用沸石分子篩獨特的性能，從空氣中分離出廉價的氧氣。具有流程簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、操作簡便、隨開隨用、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，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，壓縮空氣儲氣罐，CTAH精密過濾器，組合式干燥機，PSA制氧吸附塔，氧氣純度分析及PLC控制系統(tǒng)，自動排水系統(tǒng)，工藝氧氣儲氣罐等組成。我們的制氧產(chǎn)品特點，設(shè)備運行穩(wěn)定，氧氣產(chǎn)量壓力恒定，濃度90-93%，露點＜-60°，設(shè)備配置高，空壓機主機選用臺灣漢鐘，電機建議選用變頻控制，有效降低運行成本，制氧分子篩選用美國合資霍尼韋爾（Honeywell）UOP分子篩，吸附效率高，正?？梢员ＷC3-5年無需更換，日常維保費用低。電磁閥等主要元器件選用臺灣亞德客或等同質(zhì)量，保證設(shè)備的穩(wěn)定連續(xù)運行。減壓閥組選用日本進口SMC，精密過濾器和冷凍干燥機選用瑞典阿特拉斯.科普柯集團Atlascopco旗下紐曼泰克Pneumatech,能耗低，制冷效率高，配備氧分析儀，德國西門子PLC和顯示屏控制，實時顯示控制，并可以同步遠端上傳實現(xiàn)智能遠程控制。 

　　2：臭氧制備及控制系統(tǒng)，前端輸送來的90%以上純度的氧氣經(jīng)過減壓閥組的作用，進入到臭氧發(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)采用進口石英材質(zhì)，經(jīng)過精密軋制，管密度均勻，經(jīng)過30000V高壓的耐壓實驗，絕緣強度保障設(shè)備的安全運行，內(nèi)外電極雙間隙放電，保證了臭氧放電的轉(zhuǎn)化率，風冷+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，精準控制的各種閥門采用ESG頂級品質(zhì)，氣體流量儀表采用臭氧專用定制的渦街流量計，密封采用四氟材料，配備精準的在線濃度檢測儀，實時傳輸產(chǎn)出臭氧的濃度，與渦街流量計傳輸?shù)絇LC信號結(jié)合實時顯示臭氧產(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10WT%,完整體系的運作保證產(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，在催化氧化反應系統(tǒng)中設(shè)置必要科學合理的布氣系統(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)客戶的實際水量和水質(zhì)定制合理科學大小的催化反應器，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：專用臭氧催化劑，隨著新技術(shù)的發(fā)展應用，我們公司聯(lián)合科研院所，并經(jīng)過多年的實戰(zhàn)經(jīng)驗，研制出全新一代臭氧氧化催化劑，催化劑載體又稱擔體（support）,是負載型催化劑的組成之一。催化活性組分擔載在載體表面上，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、尺寸和機械強度，以符合工業(yè)反應器的操作要求，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-載體名稱”來表明負載型催化劑的組成，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。

　　應用較廣泛的載體有：多孔分子篩、AL2O3活性氧化鋁、樹脂、陶瓷球、陶瓷、氧化硅、活性炭等。

臭氧催化劑特點：

　　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物反應；有機物分子通過化學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，進一步與氣相或液相中的臭氧和?OH氧化；臭氧和有機物分子同時被吸附在催化劑表面（絡合物作用），隨后二者發(fā)生反應，臭氧氧化金屬生成?OH，有機物吸附在被氧化過的催化劑上通過電子轉(zhuǎn)移反應再次產(chǎn)生還原態(tài)的催化劑，隨之會很容易從催化劑上解吸（脫附），隨后進入溶液，被?OH和臭氧氧化。

（1）本催化劑通過大量試驗和工程應用篩選催化劑載體及活性組分，通過高溫燒結(jié)成型，解決均相催化系統(tǒng)的催化劑須定時添加、催化劑流失率的問題，防止二次污染。催化劑機械強度大、使用壽命長、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)的應用，也為臭氧尾氣的產(chǎn)生提供了渠道，我們設(shè)計了完整的運行體系，在催化反應器頂部設(shè)有尾氣收集裝置，通過管道在尾氣破壞系統(tǒng)高壓風機的作用下，將為反應完全的臭氧氣體密閉收集到臭氧尾氣破壞反應器，破壞系統(tǒng)包括不銹鋼分體式高壓風機，加熱器，除霧器，專用臭氧分解催化反應器，分解催化劑等組成，保障排出的廢氣中臭氧濃度低于0.1ppm的國家安全標準。在此環(huán)節(jié)，我們可以根據(jù)用戶需求進行尾氣排放前臭氧濃度監(jiān)測，排放后臭氧尾氣濃度監(jiān)測等各種指標的準確檢測。

　　綜上所述，我們的臭氧催化氧化工藝成熟可靠，運行出水指標穩(wěn)定，運行費用低，投資少，不產(chǎn)生二次污染，具有極高的社會效益和投資性價比，前期我們可以提供臭氧催化氧化中試試驗車，可以到用戶現(xiàn)場實地進行中試實驗，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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