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3异相催化氧化新技术
异相催化氧化新技术又称超级催化氧化技术,或纳米催化氧化技术,是对现有Fenton技术的一种革新,因此本质上仍然属于Fenton氧化法,其新颖性主要体现在分解H2O2的异相催化剂RMD-1上。基本原理与Fenton氧化相似,即在新型异相催化剂RMD-1的作用下,H2O2被分解为高活性的羟基自由基(˙OH),这种˙OH在25 ℃、浓度为1 mol/L时的氧化还原电位高达2.8 V,能在常温常压下将难生物降解或难化学氧化的绝大多数大分子有机污染物分步快速地转化为含多个羟基自由基的小分子物质,并最终转化为二氧化碳和水。
3.1反应体系pH的影响
对于Fenton氧化法处理有机废水的试验研究,大多数试验研究表明初始pH在3~4有良好的反应速率和反应效果。而在研究新型异相催化剂RMD-1作用下H2O2分解过程中,发现反应体系中无论有机物是否存在,该催化分解反应都会不断产生氢离子(H+),结果都会导致反应体系pH不断下降,依据H2O2加入量的不同,pH可以降到3~0.5,甚至更低,直到H2O2分解完全为止。因此,反应过程中要不断用碱液进行pH回调,使其始终保持在3~4,以保持良好的反应速率。进一步试验跟踪还发现,H2O2刚刚投加完毕后,体系pH会继续降低,但会逐渐减缓,之后保持一段时间不变,接着就会出现上升的现象,依据反应体系情况不同,一般会上升0.01~0.25个pH单位。由此,可用pH的反升现象来判断体系中H2O2是否分解完全,是否达到反应终点。
3.2 RMD-1催化剂投加量的影响
催化剂在催化分解H2O2产生˙OH的过程中,会逐渐失效而转化成污泥。因此既需要不断补加一定量的RMD-1催化剂,以保持稳定的反应速率,同时也需要把失效的催化剂以污泥的形式从体系中不断移除。工程中只要基本保持RMD1催化剂补加速率与失效速率一致即可。为保持高效的反应速率,反应体系中催化剂的浓度不能太小,也不宜太高,具体与生物难降解有机污染物浓度有关,一般COD越高,体系中需要投加的催化剂就越多。对于COD在100~500 mg/L的污水,RMD-1催化剂的投加量以反应体系的0.3%~1%为宜;对于COD在1 000~50 000 mg/L的污废水,催化剂的投加量则介于2%~15%为宜。研究还发现,在催化氧化过程中,有机污染物几乎不产生污泥,污泥的产生主要来自催化剂的失效,失效催化剂产生的污泥量为COD消除量的45%~70%,即每去除1 kg COD,将产生污泥0.45~0.7 kg。
3.3催化反应时间的影响
反应时间在RMD-1催化剂催化分解H2O2的过程中是一个较为复杂的因素,总体上可将催化反应时间分为直接作用时间和间接消耗时间。直接作用时间与反应体系中有机污染物、催化剂及H2O2的浓度有关,还和H2O2的投加速率、˙OH的产生效率和污染物的去除效率有关,根本上是与有机污染物的浓度和去除效率有关。在较高的有机污染物去除效率条件下,低的有机污染物浓度如COD为100~500 mg/L时,直接反应时间一般在0.5~2 h;而高的有机污染物浓度如COD达5000~45000 mg/L时,直接反应时间则达4~14 h。一般情况下,直接作用时间宜通过试验进行确定。间接消耗时间为H2O2投加完成后的继续反应时间,主要作用一是消耗掉体系中剩余的H2O2,使其不断转化为˙OH,进而促使有机物的继续分解转化;二是消除体系中残留H2O2对COD测定的影响。间接消耗时间,可通过反应体系pH的小幅上升来判断确定。试验研究表明,间接消耗时间大多维持在0.5~3 h。
3.4异相催化反应对可生化性的影响
难生物降解有机废水的可生化性(B/C)一般都小于0.2、0.1或更低。试验研究发现,RMD-1异相催化氧化在分解H2O2处理生物难降解有机废水过程中,产生的˙OH在分解有机物的同时,还能适当提高废水的可生化性,一般都能提高6%~20%,最高时可将B/C提升至0.35以上。分析原因可能是产生的˙OH一部分分解有机物,将大分子转化为小分子,并最终转化为CO2和水;另一部分与有机物结合,变成易被生物利用的多羟基物质,这些多羟基物质如继续与˙OH作用,就又会变成CO2和水。
3.5难生物降解有机污废水异相催化氧化效益估算
污水处理工程的运行费用是影响企业效益的重要因素,也是企业在选择污水处理工艺时需要重点考虑的因素之一。在异相催化氧化处理难生物降解有机废水的过程中,一般需要用到的药品有酸(下调pH至反应初始条件)、碱(反应过程中上调反应体系pH、反应终了时回调pH至正常范围)、异相催化剂(催化分解H2O2产生˙OH)和氧化剂H2O2,以及依据废水中难生物降解有机物浓度的不同,还可能会用到少量助凝剂。除此之外,还有必不可少的工业电及保养转动机械良好工作状态的润滑油等。这些都构成了处理难生物降解有机废水的直接运行成本。
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