組合式催化氧化裝置說明

一、            前言

      化工廢水、印染廢水、印刷油墨廢水、噴漆噴油廢水、電鍍廢水治理工藝到現(xiàn)在已有很多成熟的工藝了，在廢水治理中為中國環(huán)保作出了很大的貢獻(xiàn)。常規(guī)工藝是化學(xué)混凝沉淀、氣浮和生化處理工藝，但廢水中各種成分的污染物都有，廢水有機(jī)物濃度高，鹽類含量高，有的成分對微生物有毒害作用，生化處理效果不是很理想。且很多有機(jī)物是溶于水中，用物理方法如沉淀、氣浮工藝處理效果也不佳。單純加強(qiáng)氧化劑進(jìn)行化學(xué)氧化，處理效果也不好，如果用濕式氧化裝置來處理，一是投資大，二是運(yùn)行條件苛刻，日常運(yùn)行比較困難。用二氧氯氧化，需要用氯酸鈉和鹽酸類的化學(xué)藥品現(xiàn)場制作，藥劑成本高，還有就是因藥劑的加入zui終生成氯化鈉之類的鹽類，如果是用于生化預(yù)處理造成鹽含量的增加而影響后面的生化處理效果。用臭氧氧化具有氧化效果好，氧化速度快的特點(diǎn)，但臭氧發(fā)生器的設(shè)備投次大，電耗高，產(chǎn)出一公斤臭氧能耗達(dá)16-20KW，造成投資和運(yùn)行成本偏高。

    針對這種狀況，我公司組織一了批*從事廢水治理的專家、技術(shù)員，經(jīng)多年的攻關(guān)研究，開發(fā)出了一套常溫常壓催化氧化的廢水治理設(shè)備，專門對高濃度，難生化的工業(yè)污水進(jìn)行處理。

二、            技術(shù)原理

我公司新開發(fā)組合式催化氧化裝置是利用H₂O₂/UV/TiO₂系統(tǒng)，即雙氧水在紫外光的照射下產(chǎn)生羥基自由基（_°OH）及TiO₂在紫外線照下產(chǎn)生價(jià)帶空穴（h⁺）和導(dǎo)帶電子(e^-)。其中價(jià)帶空穴是一種強(qiáng)氧化劑，而導(dǎo)帶電子上是一種強(qiáng)還原劑。因此大多數(shù)有機(jī)物和無機(jī)物都能被光生載流子直接或間接地氧化或還原。在水溶液中的光催化反應(yīng)，在失去電子的TiO₂表面，主要是水分子、OH和有機(jī)物本身均可充當(dāng)光生空穴的俘獲劑，從而形成氧化能力*的_°OH。同時(shí)表面的高活性的光生電子具有很強(qiáng)的還原能力，可以還原去除水中的金屬離子。反應(yīng)式如下：

H₂O₂+UV——2_°OH

TiO₂+ UV→h⁺+ e^-

h⁺+ e^-→熱量

H₂O→H⁺+OH^-

h⁺+ OH^-→_°OH

h⁺+ H₂O→_°OH + H⁺

e^-+O₂→O₂^-

O₂^-+ H⁺→HO₂^-

HO₂^-→H₂O₂+O₂

H₂O₂+ O₂^-→_°OH +OH^-+ O₂

Mⁿ⁺+ne^-→M⁰

_°OH是一種級強(qiáng)的化學(xué)氧化劑，它的氧化電位要比普通氧化劑如臭氧、氯氣和過氧化氫等高得多。各氧化電位例表如下：

       且羥基自由基反應(yīng)速很快,比常規(guī)氧化劑反應(yīng)速度快得多,是常規(guī)反應(yīng)速度系數(shù)的10⁶倍以上,其氧化反應(yīng)沒有選擇性,對廢水中的各類有機(jī)物如表面活性劑、油脂、氰化物及其它對重金屬有絡(luò)合性的有機(jī)物都能進(jìn)行氧化反應(yīng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的*礦化，zui后有機(jī)物被氧化成二氧化碳和水，因廢水中的成分復(fù)雜，各組分與_°OH反應(yīng)的中間過程也很難用簡單的方程式來描述清楚，其反應(yīng)機(jī)理世界各國還在不斷研究中。

       組合式催化氧化裝置的關(guān)鍵裝置是一個(gè)管式催化氧化單元。管徑采用Ø200（根據(jù)情況可大可?。┑牟讳P鋼管或PVC管，管內(nèi)壁涂有光催化功能的*涂層，這種裝置單位體積表面種大，一立方體積液體管內(nèi)表面積達(dá)20平方，與太陽能裝置比，占地面積大縮小。管內(nèi)沿管徑軸向安裝紫外燈管。廢水進(jìn)入管中時(shí)，通過管道推流混合，這樣省去了的混合攪拌裝置，節(jié)省能耗。廢水在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，與管內(nèi)壁的*涂層接觸，在其表面發(fā)生光催化氧化反應(yīng)，同時(shí)雙氧水在紫外光作用下也產(chǎn)生各種氧化反應(yīng)，zui終達(dá)到去除污染物的目的。這樣可以充分利用容器的空間和表面，光能也能得到充分利用。達(dá)到同樣處理效果的條件下，可以減少雙氧水投加量和反應(yīng)時(shí)間。根據(jù)廢水水質(zhì)和水量來確定紫外光照射強(qiáng)度及反應(yīng)時(shí)間，濃度低反應(yīng)時(shí)間短，加藥量也少，所需的紫外光能也少，濃度越高，單位能耗和加藥量及反應(yīng)時(shí)間都相應(yīng)增加。根據(jù)反應(yīng)時(shí)間、紫外燈功率、光催化表面積來確定管式催化氧化單元數(shù)量和排列方式?？啥鄠€(gè)單元串連為一組，然后多組并聯(lián)，組裝方式靈活方便，便于維修保養(yǎng)。根據(jù)處理量的大小，管式催化氧化單元規(guī)格也可以做相應(yīng)調(diào)整。*涂層采用耐紫外線*的氟碳漆，氟碳漆是一種雙組分溶劑型裝飾涂料，采用優(yōu)質(zhì)的氟碳樹脂、顏填料、助劑、固化劑組成，具有優(yōu)良的耐化學(xué)品性（耐酸、堿、溶劑等）、附著力等特性，為室內(nèi)外墻壁及鋼結(jié)構(gòu)表面提的保護(hù)及裝飾作用，屬*的耐候性涂料。使用壽命高出常規(guī)涂料的數(shù)倍以上,因此被譽(yù)為"涂料王"。 抗紫外線性能特強(qiáng)，能*保持原有色澤；優(yōu)異的耐候性，能*地防止外殼結(jié)構(gòu)的碳化；優(yōu)異的防污染能力；優(yōu)異的耐腐蝕性能，適合特殊惡劣環(huán)境。保保催氧氧化單元不受紫外線損害。

三、            設(shè)備優(yōu)點(diǎn)

1、設(shè)備適用范圍廣：即可適用于新建廢水處理的配套設(shè)備，也可適用于現(xiàn)在廢水處理設(shè)備的改造。可放于廢水治理工藝的前端，根據(jù)實(shí)際情況也可用于廢水治理后面（主要是去除COD）。還可適用于高濃度難降解廢水的生物預(yù)處理，改善廢水可生化性。特別適用于小型工業(yè)廢水有機(jī)物的一次性治理。

2、紫外燈裝置采用一體化浸沒式，可從管兩端安裝和拆卸，清洗更換方便，因廢水PH調(diào)節(jié)在弱酸性，金屬離子不會(huì)發(fā)生沉積，有機(jī)物被*氧化，催化氧化裝置內(nèi)不會(huì)發(fā)生結(jié)垢和有機(jī)物粘附現(xiàn)象，無需經(jīng)常清洗。這樣處理工藝簡單，操作管理方便。且進(jìn)水前裝有前置永磁防垢除垢器，利用永磁（銣、鐵、硼），當(dāng)水通過磁場時(shí)，水分子在磁場的作用下，產(chǎn)生扭曲、變形、反轉(zhuǎn)、震動(dòng)、使其分子加強(qiáng)從而使原來的水中締合形成的各種鏈狀、團(tuán)狀的大分子（H2O）N，解離成單個(gè)雙分子 （H2O）2，使水的活性增加，改變了水的物理結(jié)構(gòu) 通過磁場對溶液中的離子產(chǎn)生作用，使水中鈣、鎂鹽類結(jié)垢物的針狀結(jié)晶改變成顆粒狀結(jié)晶體，使它們不能交織在一起成為堅(jiān)硬的水垢附著在器壁或管壁上。而成為微小的顆粒沉淀于底部，隨排污排出，從而達(dá)到防水垢的作用；對原有的老水垢也可通過已處理水的作用，使之逐漸剝蝕、軟化、松動(dòng)、龜裂、直到脫落，達(dá)到除垢目的。防止廢水中的鹽類在紫外燈套管表面結(jié)垢。

3、該設(shè)備在常溫常壓下運(yùn)行，控制簡單方便，維護(hù)少，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。

4、反應(yīng)zui終產(chǎn)物是二氧化碳、水、氮?dú)饧捌渌鼰o害氧化物，不產(chǎn)生二次污染，特別適用于污水回用的預(yù)處理工藝，保證污水回用進(jìn)水水質(zhì)，防止有機(jī)物對RO膜造成污堵。

5、催化表面積大，一立方水的平均催化面積達(dá)20平方米，催化效率高；紫外光能利用充分，大大降低單位處理能耗。運(yùn)行成本較原有工藝要低，藥劑用量比原有工藝要少，處理效果比原有工藝好，同時(shí)減少廢水中可溶性固體的增加。

四、            部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)

經(jīng)我公司實(shí)驗(yàn)室小試試驗(yàn),取其典型數(shù)據(jù)例表如下

五、            廢水治理工藝說明：

     車間廢水經(jīng)收集后用耐腐蝕泵提升，打入前置過濾器，濾除大顆粒懸浮物和砂粒，防止其在管式催化氧化裝置內(nèi)沉積而影響催化效果。過濾裝置采用不銹鋼袋式過濾器，具有容污量大，維護(hù)管理方便的特點(diǎn)。濾渣定時(shí)清理。泵前同時(shí)用計(jì)量泵計(jì)量加入雙氧水和硫酸，用PH儀控制PH在所需要的范圍。加藥后的廢水進(jìn)入管式催化氧化裝置，在其中進(jìn)行催化氧化。反應(yīng)到我們所需要的條件時(shí)，再進(jìn)入后續(xù)的生化處理系統(tǒng)或直接排放。管式催化氧化單元主體由PVC管制作，內(nèi)表面涂上光催化氧化劑*涂層，因*粒徑為6 nm左右，能與固體表面結(jié)合得非常好，不易脫落。容器兩端采用法蘭粘接，污蘭再與兩端蓋板用不銹鋼螺栓連接，蓋板中心軸向焊接一個(gè)與一體化防水紫外燈配套的內(nèi)螺紋，每個(gè)容器內(nèi)安裝兩個(gè)紫外燈固定板，一是加固紫外燈以防止擺動(dòng)，另一作用是強(qiáng)化廢水混合。然后將一體化紫外燈裝置從兩端分別裝入容器內(nèi)。一體化紫外燈裝置采用大功率紫外燈，該裝置具有防水功能，在低壓力下不會(huì)發(fā)生滲漏現(xiàn)象。該裝置的紫外燈和玻璃護(hù)套也能很方便的拆卸，燈管更換簡單，不需要將整個(gè)紫外燈裝置拆下，可在不停機(jī)的條件下進(jìn)行更換。護(hù)套清洗也很容易，因紫外燈裝置大部分情況下在酸性強(qiáng)氧化性環(huán)境下工作，表面很難結(jié)垢，因此很少需要進(jìn)行清洗。管式容器內(nèi)壁都涂有*涂層，紫外線不能透過催化涂層，因此對容器也不會(huì)造成損害，保證設(shè)備能正常使用。根據(jù)水量和所需反應(yīng)時(shí)間，確定管式催化氧化單元的數(shù)量，然后進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)組合，zui后形成組合式催化氧化裝置。主要工藝流程如下所示：

                   雙氧水→計(jì)量泵 計(jì)量泵←硫酸

                               ↓   ↓

高濃度有機(jī)廢水→提升泵→過濾裝置→催化氧化裝置→生化反應(yīng)→排放

雙氧水→計(jì)量泵 計(jì)量泵←硫酸

                               ↓   ↓

低濃度有機(jī)廢水→提升泵→過濾裝置→催化氧化裝置→排放

六、            工藝設(shè)備選型

工藝設(shè)備主要針對水量少，處理難度大的電鍍廢水、線路板廢水中的前處理廢水、表面處理廢水、噴漆噴油廢水、化工廢水、印染廢水等，重點(diǎn)是去除廢水中有機(jī)物。主要設(shè)備規(guī)格如下：

大水量的可根據(jù)實(shí)際情況定做.