同林臭氧催化氧化装置

北京同林臭氧催化氧化装置/小试中试装置定制

臭氧实验装置服务热线:010-82461830

您的位置: > 主页 > 新闻动态 > 电-多相臭氧催化装置工艺深度处理焦化废水研究

电-多相臭氧催化装置工艺深度处理焦化废水研究

发布时间:2023-04-26人气: 来源:www.tonglinkeji.cn

电-多相臭氧催化装置(E-catazone)工艺深度处理焦化废水研究

焦炭是国钢铁行业的重要原料,截止 2019 年,我国炭产量已达 4.7 亿 t00./0[1].据分析,每生产 1t 焦炭会产生 0.16~0.3t 废水,其中 50%以上的废水为焦化废水.焦化废水是一种典型的高污染废水,具有高毒性、成分复杂、难降解等特点,处理不当将会给环境带来严重危害[2]. 

由于焦化废水的可生化性较差,(BOD5/COD< 0.25)[3-4],通常焦化废水采用强化后的生物处理工艺进行处理,如上流式厌氧污泥床、短程硝化反硝化、序批式活性污泥法等工艺[5-7],虽取得一定效果,但出水仍难以达标排放,随着焦化行业产业升级转型,企业对废水回用的需求和改革力度逐渐加大,因此更迫切需要对焦化废水深度处理. 

近年来,高级氧化工艺(AOPs)在焦化废水深度处理领域受到广泛关注,鲁金凤等[8]研究发现仅采用单独臭氧氧化处理焦化行业生化系统出水,对水中的有机物的处理能力非常有限,COD 去除率不足40%,这是因为 O3 分子易攻击有机物的不饱和键,容易引起有机物开环断裂,但是对有机物氧化和矿化能力的局限性很大,因此需要进一步引入催化剂来提高 O3 的氧化能力;洪苡辰等[9]发现在单独臭氧氧化工艺处理焦化废水生化出水时,投加催化剂可以强化其降解效果,投加非均相催化剂后,COD 去除率从 39.9%提高到 44.4%;刘璞等[10]采用 O3/H2O2工艺对某焦化厂生化系统出水进行深度处理,对污染物的去除取得一定的效果,反应 40min 后 TOC 去除率约为 40%;何灿等[11]通过对比 3 种不同深度处理工艺对焦化生化出水的处理效果,发现 O3/H2O2 工艺对COD 的去除效果更佳,COD 去除率更高达到 63%.虽然O3 /H2O2工艺在焦化废水处理的过程中取得了一定效果,但H2O2作为一种典型的危险化学品,在运输和使用的过程中易引发安全事故,存在一定的安全隐患. 

近年来,将电化学技术与臭氧氧化技术相结合的电-臭氧催化工艺受到广泛关注[12].电-臭氧催化通过电化学作用实现 O3 分子的高效催化,具有催化效果好、无需药剂投加等特点,可以有效去除多种难降解有机物[13].本课题组在以往电-臭氧催化体系基础上,制备了兼备电催化和臭氧催化能力且具有纳米花(nanoflower)形貌的 TiO2 (TiO2-NF)多孔钛曝气电极,将曝气器与电极、臭氧多相催化剂高度一体化,并因此开发了一种新型的臭氧催化工艺:电-多相臭氧催化技术(E-catazone),实现了电化学氧化与臭氧催化氧化的高效协同.电-多相臭氧技术对印染废水及制药废水的 TOC 去除率分别是单独臭氧氧化1.5~2.6 倍与 1.4~5.8 倍[14-15].这主要是归功于TiO2-NF 多孔钛曝气电极优异的传质和催化活性,在促进 O3 气液传质的同时,实现了界面 O3/TiO2-NF 的非均相转化.此外,电化学作用还可以促进 O2在炭制阴极上还原产生 H2O2,强化 O3/H2O2 反应,促进羟基自由基(·OH)生成,从而达到矿化有机物的目的. 

因此本文通过电-多相臭氧催化工艺开展其深度处理焦化废水生化出水的可行性研究.在使用负载 TiO2-NF 曝气器基础上,对比研究电-多相臭氧工艺相比传统臭氧催化工艺 O3/TiO2-NF、O3/TiO2-NF/ H2O2、TiO2-NF电化学氧化等工艺在污染物的去除效率、速率、矿化程度上的潜在优异性,更终解析电多相臭氧催化的潜在机理,试验预期结果将为高效、快速深度处理焦化废水提供参考. 

1 材料和方法

1.1 试验用水

试验用水来自河北某焦化企业的焦化废水生物处理系统二沉池出水(处理规模:3600m3/d).经生物工艺处理后(厌氧反应器+缺氧池 1+厌氧氨氧化池+中间沉淀池+缺氧池 2+好氧池+二沉池),COD 总去除率达 89.0%,出水(后续简称均为焦化废水)水质指标如表 1 所示。

00120230426101515.jpg

1.2 试剂和仪器设备

1.2.1 试剂与材料

 草酸钛钾、硫酸钠、硫酸、过氧化氢、硫酸银、硫酸汞、硫酸亚铁铵均为分析纯,由国药控股北京有限公司提供.多孔钛曝气器;炭涂层钛网(简称钛网);负载TiO2-NF多孔钛曝气器通过本课题组此前开发的碱性水热法+烧结法制备而得(平均孔径为 200nm,比表面积为2.0m2/g)[16]. 

1.2.2 仪器 

制氧机;臭氧发生器;臭氧检测器;稳压直流电源;总有机碳分析仪;pH 计;紫外可见分光光度计;超纯水系统(Cascada I,波尔). 

1.2.3 电-多相臭氧催化装置

 反应装置由反应器外壳、电催化系统、曝气装置 3 部分组成(图 1).反应器外壳为柱状有机玻璃,空体积为 390mL,电催化系统中采用负载 TiO2-NF 多孔钛曝气电极作为阳极,钛网作为阴极,阴阳极间距为 1.5cm;负载 TiO2-NF 多孔钛曝气电极也作为曝气器,向反应装置内释放O3/O2混合气体. 

00220230426101531.jpg

电-多相臭氧催化装置示意图

1.3 试验和分析方法

1.3.1 分析方法

 总有机碳(TOC)使用 TOC 分析仪测定;COD 采用重铬酸钾法测定;pH 值使用PHS-3C 型精密 pH 计测定;气相 O3浓度使用臭氧检测器检测. 

1.3.2 试验方法

 对比试验:每次试验取 350mL 的 焦化废水于反应装置中(图 1),依次用 O3/TiO2-NF 工艺、O3/TiO2-NF/H2O2 工艺,电催化氧化以及电-多相臭氧催化氧化工艺处理,反应过程中不调节溶液 pH值.试验所用 O3以制氧机为氧气源,通过臭氧发生器制得,制备的 O3通入臭氧浓度检测器以检测浓度,待O3浓度稳定后,以负载 TiO2-NF多孔钛曝气电极为曝气器,将 O3气体通入反应器内.在 O3/TiO2-NF试验中,仅通过 TiO2-NF 曝气器向反应器通入不同浓度的 O3气体;在 O3/TiO2-NF/H2O2试验中,除了通过 TiO2-NF曝气器向反应器通入浓度为84mg/L的O3外,还需在试验开始前,向焦化废水中加入不同浓度的 H2O2 来进一步提高 O3/TiO2-NF 臭氧催化效果;在电-多相臭氧催化试验时,向负载 TiO2-NF 曝气阳极通入浓度为84mg/L 的 O3,同时在以往试验的基础上施加恒定电流 300mA[14];在电化学氧化试验时采用与电-多相催化工艺相同的阴阳极,仅向负载 TiO2-NF 曝气阳极施加恒定电流 300mA,不通入气体.电-多相臭氧催化和电催化氧化过程中,实测电压范围为 13 ~15V.在上述有 O3 参与的试验中 O3 流速均为 0.3L/min.全部试验每组重复进行 3 次,每组试验时间均为60min,每隔 10min 进行取样,水样经过 0.45µm 的滤膜过滤后,进行水质分析. 

电-多相臭氧催化工艺 H2O2 浓度检测试验:取350mL 0.1mol/L Na2SO4置于如图 1 所示的反应装置中,通过负载 TiO2-NF多孔钛曝气电极,以 0.3L/min的气体流速向反应装置内通入纯 O2,待溶液中达到饱和后接通电流 300mA,并持续通入 O2,H2O2 浓度采用草酸钛钾法检测[17]. 

2.结论

2.1 在相同条件下(O3 浓度 84mg/L),电-多相臭氧催化获得的 COD 和 TOC 的去除率(67.9%,50.0%)显著优于 O3/TiO2-NF 获得的去除率(25.8%, 20.9%),即便在 O3/TiO2-NF体系中投加 5g/L 的 H2O2 以促进臭氧均相催化效果,仍未明显提高对COD和TOC的去除效果(63.6%, 43.6%),与电-多相催化工艺的处理效果存在一定差距.此外,电-多相臭氧催化还能够实现对焦化废水中的 COD 快速去除,其中 COD反应动力学常数(2.94×102min-1),分别是 O3/TiO2-NF工 艺 (8.11×10-2min-1) 和电催化氧化工艺 (6.02×10-3min-1)的 3.6、4.9 倍. 

2.2 电-多相臭氧催化技术通过原位产生 H2O2(产量仅为 O3/TiO2-NF/H2O2 工艺更佳 H2O2 投加量的1/146),实现 O3的高效催化转化为·OH,无需 H2O2外源投加,因此安全性强,易操作. 

2.3 电-多相臭氧催化工艺可以实现 O3/TiO2-NF 和电化学氧化的高效协同,能够高效、快速的去除焦化废水中的 COD 和 TOC,为深度处理难降解工业废水提供了基础数据. 

热文推荐 / Hot product

降低COD(化学需氧量)需要投加多少臭氧呢?

降低COD(化学需氧量)需要投加多少臭氧呢?

降低COD(化学需氧量)需要投加多少臭氧呢?要确定降低COD(化学需氧量)需要多少臭氧,首先我们需要理解COD和臭氧的基本知识以及它们之间的关系。COD是一个衡量水体中有机物污染程度的指标,而臭氧是一种强氧化剂,可以有效地氧化分解有机物。在理论上,要降低COD,可以通过向水体中投加适量的臭氧来实现。臭氧与有机物发生氧化......
臭氧处理VOCS有机废气工艺介绍

臭氧处理VOCS有机废气工艺介绍

臭氧处理VOCS有机废气工艺介绍臭氧处理VOCS有机废气工艺是一种先进的废气处理技术,它在环境保护领域发挥着重要的作用。本文将详细介绍臭氧处理VOCS有机废气工艺的原理、特点、优势以及在实际应用中的效果,以期为读者提供全面的了解和应用参考。一、臭氧处理VOCS有机废气工艺的原理臭氧处理VOCS有机废气工艺是利用臭氧的强......
臭氧催化氧化装置设计规范

臭氧催化氧化装置设计规范

臭氧催化氧化装置设计规范一、引言臭氧催化氧化技术作为一种高效、环保的废水处理方法,在近年来得到了广泛应用。为了保障该技术的安全、稳定和高效运行,制定一套科学、合理的臭氧催化氧化装置设计规范显得尤为重要。本文将从设计原则、设备选型、工艺流程、安全保护等方面,对臭氧催化氧化装置设计规范进行详细阐述。二、设计原则1. 安全性......
臭氧催化氧化废水深度处理装置工作原理

臭氧催化氧化废水深度处理装置工作原理

臭氧催化氧化废水深度处理装置工作原理臭氧催化氧化废水深度处理装置是一种高效、环保的废水处理技术,广泛应用于工业废水、城市污水等领域的废水处理。该装置采用臭氧催化氧化技术,通过催化剂的作用,使臭氧与废水中的有机物发生氧化还原反应,将有机物分解成低分子量的化合物,达到深度处理废水的目的。一、臭氧催化氧化废水深度处理装置的工......
臭氧催化氧化原理与工艺流程介绍

臭氧催化氧化原理与工艺流程介绍

臭氧催化氧化原理与工艺流程介绍臭氧催化氧化技术介绍臭氧催化氧化技术是一种基于臭氧的高级氧化技术。它将臭氧的强氧化性和催化剂的吸附、催化特性结合起来,以较为有效地解决有机物降解不完全的问题。该技术按催化剂的相态分为均相催化臭氧化和多相催化臭氧化。均相催化臭氧化技术中,催化剂分布均匀且催化活性高,作用机理清楚,易于研究和把......
臭氧催化氧化装置含油黏土的去油效果及动力学研究

臭氧催化氧化装置含油黏土的去油效果及动力学研究

臭氧催化氧化装置含油黏土的去油效果及动力学研究目前, 大量含油污泥的产生与堆放是石油行业面临的一个非常严峻的问题。在石油行业的上游和下游业务段(主要包括石油开采、贮存、集输以及炼制过程), 都伴随着含油污泥的产生[1]。据估算, 每加工 500 吨的原油将会产生 1 吨的含油污泥[2]。在我国, 每年大概产生 300 ......
臭氧-光触媒催化反应处理气相实验装置

臭氧-光触媒催化反应处理气相实验装置

臭氧-光触媒催化反应处理气相实验装置 2.1实验装置 实验装置主要由流动式环状光反应器、 UV 臭氧发生器、可变电压器、稳压器、循环 式恒温水槽、有机物气体供应单元、湿度气体供应单元、二氧化碳分析检测装置及 流量监控设备组合而成,如图1所示。 2.2 实验步骤 1.光触媒制备 所采用之反应器为连续式环状固定床光反应器,......
北京同林臭氧催化氧化装置设计流程

北京同林臭氧催化氧化装置设计流程

北京同林臭氧催化氧化装置设计流程臭氧催化氧化装置大多为定制产品,从设计到成品,再进行实验,需要很多步骤和时间。...

Copyright © www.tonglinkeji.cn 同林臭氧装置版权所有 备案号:京ICP备17038069号-1