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谈湿式催化氧化法对化工废水的处理分析

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:www.bob123.com  发布时间:最新发布
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  摘要:化工废水大都具有有机物浓度高(CODCr>5000mg/L)、生物降解性差等特点,很难用传统方法处理,本文采用催化湿式氧化法对化工废水进行处理,经处理后的废水,水质情况明显改善,达到了国家排放标准。 
  关键词:催化湿式氧化法;化工废水 
   
  CWAO是20世纪80年代开发的一项水处理技术,主要应用于高浓度难降解有机废水、氨氮废水生化处理的预处理及有毒有害工业废水。CWAO由于使用了合适的催化剂,使体系可以在相对较低的温度(200℃左右)和压力(2 MPa 左右)下就可达到较好的处理效果。目前,研究最多的多相催化剂主要有贵金属系列、铜系列和稀土系列三大类。 
   
  1 实验装置 
   
  本实验采用自制间歇反应装置进行催化湿式氧化实验。不锈钢容器作为催化湿式氧化实验中耐高温高压的反应器,反应器容积为130ml。整个反应过程反应器完全密封,实验装置流程如图1所示。 
   
  1、氧气钢瓶;2、压力控制阀;3、取样管;4、磁力搅拌;5、压力表;6、释放阀;7、稳控仪;8、反应器;9、加热电炉;10、进料口 
   
  2 实验步骤 
   
  2.1 装料:将废水与一定量的催化剂装入不锈钢反应器中,并将反应器置于恒温箱内。 
  2.2 冲气并检漏。打开阀门2,向反应容器中充入一定压力的氧气后,关闭阀门2。 
  2.3 加热反应。快速升温至设定温度。 
  2.4 取样分析。随着氧化反应的进行,每隔一段时间打开阀门6取样,分析检测废水的COD。 
   
  3 催化剂的制备 
   
  催化剂载体采用改性后的普通陶粒。首先,将催化剂分按照一定的比例配制一定浓度的盐溶液,并加入一定比例的络合剂配置成浸渍液,然后将预处理后的载体浸渍到预先配制好浸渍液中,充分浸渍一定时间后,于120℃干燥12h,采用液相沉积法在其表面负载一定量的TiO2,于650℃马弗炉中焙烧3h,从而制得负载催化剂。 
  采用浸渍法制备了CuO-MnO2-CeO2/r-A12O3和CuO-Co3O4-La2O3/r-A12O3催化剂,在反应温度T=250℃,氧气分压Po2=3.OMPa。 
   
  4 测定方法 
   
  COD采用重铬酸钾法测定,测定仪器采用HCA-100标准COD消解器。PH值采用精密数显酸度计测定,TOC采用日本岛津TOC分析仪测定;T-N采用GB11894-89碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定。 
  水样化学需氧量计算公式如下: 
   
   (1) 
  式中C-硫酸亚铁按标准溶液的浓度(mol/L);V0-滴定空白时硫酸亚铁按标准溶液用量(ml);V1-滴定水样时硫酸亚铁按标准溶液的用量(ml);V-水样的体积(ml);8-氧(1/20)摩尔质量(g/mol )。将实际滴定得到的C、Vo、Vl及水样v=20m1代入公式(1)中计算废水的COD。由于该方法测定COD范围为50-700mb/L之间,所以废水超过该范围需经过稀释测定,故最后实际废水COD因再乘以稀释废水的倍数。 
   
  5 讨论 
   
  除了湿式催化氧化法外还有以下几种方法: 
  生物法:通过生物的吸附、空气的吹脱及微生物进行新细胞物质的合成,消耗而降解。其优点是运行费用低,易于管理。缺点是占地面积大,投资费用高,受废水成分和浓度的限制,停留时间长。 
  化学絮凝法:加入混凝剂,减少电荷及双电层的有效距离,使电位降低,再加入絮凝剂,通过吸附架桥形成大的絮团。其优点是处理费用较低,可间歇或连续运行。缺点是适用范围窄,对可溶性难降解有机物无效。 
  一般化学氧化法:利用一些常用的强氧化剂分解有机物。其优点是可使一些难降解的还原性物质氧化分解,氧化停留时间短。缺点是对一些难降解的有机物氧化效率低或无效,氧化剂用量大。 
  从上个世纪70年代,在湿式氧化法基础上发展起来的湿式催化氧化法是一项新的治理废水的技术。它能降低反应所需要的压力和温度,加快反应速率。该方法用于处理含氰废水、含氮废水、含硫废水、酒精废水、煤气废水、染料废水以及造纸废水等等,效果很好。湿式催化氧化法在日本等国已经获得工业化规模的应用,每年都有大量的催化剂专利出现,主要是对均相催化剂的研究;在欧洲也掀起了湿式催化氧化的研究热,Jacques Barbier 等[2]报道了用Ru/CeO2作为催化剂,在温度为150~250°C,氧气分压为20 bar的条件下,能够有效去除含氮有机物如苯胺,且其转化为N2的转化率在90 %以上。S. H. Lin 等[3]采用湿式氧化处理石化厂废水,温度为225°C,压力为3 MPa条件下,反应60 min后,COD的去除率大于50 %,使B/C由0.156提高到0.57,为后续生化处理提供了科学依据。并比较了3种催化剂CuSO4、Co2O3、ZnO进行湿式催化氧化处理,结果表明,反应60 min 后,均相催化剂CuSO4使COD去除率由53 %提高到72 %。催化剂的研究则侧重于均相催化剂,而在我国这方面的研究相对较少。 
  我们总结湿式催化氧化法具有以下特点: 
  5.1湿式催化氧化法具有应用范围广、催化效率高、反应速度快、占地面积小、操作简单、运行费用低、节能、二次污染低等优点。将有助于我国化工废水的治理,大大减少废水中COD排放量,促进企业的可持续发展。 
  5.2关于湿式催化氧化工艺进行研究先后提出了气相固定床、液相固定床及液相流动床等方式,各有所长,工业上也已初具规模。 
  5.3对于湿式催化氧化法,必须加强广谱高效的催化剂的研制和催化湿式氧化反应器和换热器及其结构材料的研究,降低苛刻的反应条件。同时加强其它催化氧化技术的开发,改进反应器结构和操作方式。由于它们反应条件温和(常温常压),有望扩大应用范围。 
  所以,利用湿式催化氧化法处理焦化废水是一有效的途径,而且具有很好的社会和经济效益。 
   
  参考文献 
  [1] 谭亚军,蒋展鹏,等.废水处理催化湿式氧化法及其催化剂的研究进展[J].环境工程, 1999, 17 (4) : 14 - 18. 
  [2] Jacques Barbier ,J r. ,et al. . Catalytic wet air oxidation of ammonia over M/ Ceo2 catalysts in the treatment of nitrogen - containing pollutants. Catalysis Today , 2002 ,75 :29~34. 
  [3] S. H. Lin ,et al. . Treatment of high - strength industrial wastewater by wet air oxidation - a case study. Waste Management ,1997 ,17(1) :71~78. 
   
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