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青島中通臭氧科技有限公司
學術論文
核心技術 學術論文 研究成果

臭氧在難生化有機物高能度廢水的典型應用

發布時間:2017-12-21

關鍵詞:有機化學、難降解有機物、臭氧氧化、充氧官能團
一、前言
隨著現代有機化學的高速發展,隨之而來的水環境污染問題日益凸現,引起了人們的高度關注。一些前所未有的污染治理問題擺在面前,如某些化工廠、制藥廠、印染廠等排放有機高濃度工業廢水就不能用通常的生化技術加以解決。因為廢水中可直接生化處理的有機物幾乎沒有(既不存在可降解的有機物),生化法無能為力。所謂難降解有機物是指自然界的微生物難以分解,可在環境中長期殘留的有機物之總稱。而傳統的生物處理對難降解有機物無法進行處理,必須在生物處理前加以必要的前置處理或預處理。
科研發現高濃度臭氧在堿催化因素下,對難生化有機高濃度廢水有獨特功效。其機理在于高濃度臭氧將產生化學反應能力更強的大量的?OH,它能夠把難降解的有機物結構改變為新的物質,并在這些物質上引進一個充氧官能團,便成為生物可降解的物質而賦予新的化學性質,結果可使難生化有機廢水脫色、除臭、結合傳統的生化技術可將易生物降解污染物進一步除去,大大降低了處理成本,達到國家環保排放標準或使污水回收利用資源化,具有社會和經濟雙重效益。
電解技術也能很好地分解水中有機物,但陽極的電解質的損耗一直是難題,國外曾用昂貴的稀有金屬合金作陽極材料,但其加工工藝復雜成本高,目前還難以推廣,也少見于國內環保工程實際應用。在現階段,在難生化有機高濃度廢水環保技術中提供先進、實用、有效、經濟的廢水處理工程技術;高濃度高級臭氧化技術就打響了攻堅治理難生化有機物高濃度廢水的“第一炮”。
青島中通臭氧科技有限公司與國家有關環保部門通力合作,研制成功的有機高濃度難生化工業廢水已成功用于化工、醫藥等科研和工程實踐?,F予以簡要介紹。
二、技術方案:(見下圖)

臭氧在難生化有機物高能度廢水的典型應用(圖1)



三、工作原理:
某化工廠每小時排放約15m?的復合型工業廢水(其中廢水成分及含量:苯胺含量1400mg/L,硝基苯400mg/L,氯苯200mg/L,多胺100mg/L,甲醛100mg/L,苯50mg/L,COD5000mg/L),含有高色度、高毒性、高COD、難生化特征,水處理工藝過程為該有機復合型廢水經過格柵和集水沉淀池濾除水中漂浮物和懸浮固體,經流量20m?/h,揚程30m的管道增壓泵增壓,經過轉子流量計量進入高速動態混合器進行臭氧與廢水高效氣液混合成霧狀提高臭氧與廢水中污物的接觸面積和反應機率有利提高臭氧的溶解率和利用率,ZT大型制氧機和大型ZT變頻臭氧機生產出濃度不低于40mg/L的大產率臭氧分別注入高速動態混合器和級聯化學反應塔進行反應。臭氧接觸塔為不銹鋼材質,內部裝有可拆卸式鈦粉末燒結而成的微米級鈦板多孔氣體擴散器,采用氣液逆向接觸有利于臭氧氣體進入液相中,通常接觸氧化時間長的水處理裝置需用,盡管現代一些新型混合設備已出現,但在某些狀況下又不能全取代氧化塔。從氧化塔視鏡可觀察到反應氣泡大小、密度及顏色等情況。廢水經過約5~10分鐘的快速及強氧化反應過程,可使高濃度難降解高濃度有機物廢水達到絮凝、脫色、除臭效果、并降解為可直接生化的新有機物匯入集水調節池(同時也有部分反應生成物直接變成CO2氣體逸出),從廢水取樣口1和取樣口2可隨時觀測廢水與臭氧反應前后對比情況。后續處理工藝為厭氧和好氧相結合的傳統生化工藝,可將廢水中呈膠體和溶解狀態的有機污染物質去除,COD和BOD去除率可達90%以上,經進一步臭氧消毒和沉淀砂濾工藝可進一步實現污水達標排放和回用,達到污水資源化目的。通過上述工藝處理前后廢水指標對照表。

處理前:


污染物

mg/L

苯胺

硝基苯

氯苯

多胺

甲醛

氨氮

TOC

色度

PH

COD

處理后結果

0.8

2.0

0.2

0.2

1.0

0.1

15

20

50

6.08.5

60


 

處理后:


污染物

mg/L

苯胺

硝基苯

氯苯

多胺

甲醛

氨氮

TOC

色度

PH

COD

處理后結果

0.8

2.0

0.2

0.2

1.0

0.1

15

20

50

6.08.5

60

 

 

 


顯然,水處理結果可達到GB8978-1996一級排放標準。
綜合效益分析:該工廠以前為解決該廢水污染,工廠使用4名身強力壯的年輕人耗費大量粉末活性炭進行吸附、并壓制成塊狀用鍋爐焚燒,每年僅耗在粉末活性炭的費用就有160萬元左右,且勞動強度之大可想而知。采用堿性臭氧氧化技術和生化技術聯用方案治理難生化污染物成效顯著,兩年內可回收全部投資,節約大量人力、物力、財力,具有明顯、長遠經濟和社會效益。
四、工藝要求:
由于臭氧強氧化工藝是全部工藝的首要環節,否則后續工藝無法進行。對全部臭氧工藝過程要求嚴謹、穩定、可靠,應加強監測、監管措施,確保工藝要求。直接影響臭氧系統化學反應過程的因素包括:
1、 影響臭氧濃度和產率的因素:
空氣(富氧空氣或氧氣)的濕度、溫度、流量、壓力、發生器功率等條件都含導致臭氧濃度和產率的變化。如氣體含水量(或露點)會明顯影響臭氧濃度和產率。嚴重時根本就不產生臭氧,還會導致臭氧發生設備損壞;放電室溫度越高,臭氧分解越快,臭氧濃度就越低,應加強放電室的冷卻效果;在通常放電氣壓小于0.08Mpa條件下,氣壓越高,臭氧濃度就越低,為使臭氧氣體能較好的溶解于水又必須保證一定的氣壓;氣體流量越大,臭氧濃度越低;發生器功率越大,臭氧濃度越高。因此為使臭氧氣體的濃度和產率相對穩定,應盡量保持上述條件恒定。加裝臭氧濃度分析測控報警儀就是確保臭氧濃度的準確性和整個工藝系統的可靠性而專門設置的,一旦濃度低于設定數值(如:40mg/L),臭氧濃度分析測控儀會發出聲光報警信號并切斷系統增加泵電源停止工作,不使未處理好的廢水進入后續工藝影響工作。針對該難生化有機廢水應在大氣量下,實現臭氧濃度≥40mg/L,實現大產率目的,可在堿性環境下生產出大量?OH參與化學反應,提高反應速度和效率。這就要必須在大氣量前提下提高臭氧發生器單元放電效率來加大臭氧濃度和產率,保證臭氧發生器整機的高濃度和大產率。同時臭氧發生裝置系統必須長期運行可靠、穩定、且故障率低、維護少。顯然2%以下的臭氧濃度數值偏低,不利于后續工藝要求。
2、 臭氧氧化難降解有機物的反映途經:
國外學者Hoigne和Boder研究認為有兩條:
其一、臭氧通過親核或親電作用直接參加反應。具有直接氧化有機物、反應較慢、有選擇性、有直接氧化產物產生特征。

臭氧在難生化有機物高能度廢水的典型應用(圖2)



其二、臭氧在堿性環境等因素作用下,通過活潑自由基主要是?OH-與污染物反應,具
有氧化有機物速度快、無選擇性、間接氧化產物特點。因為OH是臭氧基型鏈反應的引發劑:反映式為:O3+OH- O3-+?OH,隨著PH值升高,OH-離子濃度增加,利于鏈反應的進行,從而促進臭氧的分解、生成?OH等自由基。如:當難降解有機物多環芳香烴、雜環化合物時,臭氧能使環裝物部分環或長鏈分子部分斷裂使大分子物質變成小分子物質、生成了易于生物降解的物質,從而提高了廢水的可生化性。
3、時間對臭氧氧化反應的影響:
針對臭氧化反應的效率,可由取樣口1和取樣口2進行調試實驗數據對比以確定合適的工藝參數,通常接觸時間在臭氧濃度≥40mg/L時,為5~10分鐘為宜。時間過短 、反應不徹底、給后續工藝帶來負擔,時間過長,如超過15分鐘,反應過頭出現色度加深現象且影響水處理效率。因此,應選擇合適的反應時間。
4、氧投放量對氧化反應的影響:
臭氧投放量對污染物去除有著重要的作用,在污染物濃度一定時,通常是臭氧投放量
越大,去除效率越高,去除率增加,對于該有機廢水臭氧化較佳調試數據2.8~4.2mg臭氧/mg污染物。因此,處理難降解有機污染、高濃度和大產率都需要,高濃度和小產率顯然不適,低濃度和小產率更不適。
5、PH值對臭氧氧化反應的影響:
PH值對臭氧氧化過程的主要影響因素有:
(1)氧本身氧化能力強弱與PH值有關,臭氧分子中的氧原子本身具有強親電子或質子特征,直接表現出強氧化性能。臭氧在水中的分解速度隨PH值提高而加快。如果PH提高一個單位,臭氧分解大約會快三倍,從而產生更多的?OH,可見堿性條件下對產生強氧化性的?OH多么重要!
(2)廢水中有機物物理、化學性質與PH值有密切關系。
(3)臭氧吸收率與PH值有一定的關系,通常認為堿性條件吸收要優于酸性條件。
(4)PH值在全部臭氧氧化過程中的變化主要表現在中性(PH=7)或堿性(PH>7)條件下,PH值隨氧化過程進行呈下降趨勢,其原因是有機物氧化成小分子有機酸醛類物質。因此,要加強臭氧氧化反應,應不斷進行PH值調節偏堿進行。
6、臭氧氧化特征的堿性環境形成條件:
在目前,國內外專家學者通常認為在臭氧氧化的水溶液中:臭氧、臭氧+H2O2、臭氧+紫外
線、臭氧+H2O2+紫外線幾種方式都可成為堿性化環境,針對不同難降解有機物特點可選擇工藝不同方式。
五、結論:
在治理難降解有機污染廢水時,在堿性環境條件下使用低成本、大產率、高濃度臭氧可產生更多?OH參與污染物反應,改變其分子結構和化學性質成為易降解物質,比電解技術更有效、更具競爭力,結合傳統生化工藝,可有效去除色度和難降解有機物並降低治理污染成本費用,在化工、制藥、印染等行業應用前途廣闊。

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