MNMR催化臭氧高級氧化技術說明

一、技術背景：我國對環(huán)境保護非常重視，為切實加大水污染防治力度，保障國家水，制定《水污染防治行動計劃》。隨著國家、地方及行業(yè)對污染物排放標準進一步提高，工業(yè)企業(yè)面臨較大的環(huán)保壓力，污水排放達到現(xiàn)有或更高的環(huán)保標準是必要條件，但二級出水的有機污染物已屬難降解的有機物，常規(guī)的物理、化學或生物處理均難有較好的去除效果。

為了提高工藝的處理效果，各種高級氧化工藝（AOPS高級氧化）應運而生，是未來水處理的優(yōu)勢發(fā)展方向之一，其代表了國際水處理的一個發(fā)展趨勢。

作為一種強氧化劑，臭氧因具有快速脫色、有效破壞不飽和結構和顯著提高廢水可生化性、無污泥產(chǎn)生等特點而受到青睞，但它的推廣仍受制于能耗高、礦化能力弱等問題。而臭氧催化劑的選擇起到很重要的作用，它可以提高臭氧的利用效率，強化臭氧的氧化能力。

同濟大學馬魯銘教授開發(fā)了MNMR催化臭氧技術，本臭氧鐵基催化高級氧化單元屬于高級氧化工藝的一種，能夠促進O3分解產(chǎn)生羥基自由基，從而強化臭氧的氧化能力。為企業(yè)提供了一種新的解決途徑，一種經(jīng)濟、簡易的設備且能處理難降解有機污染物的方式。本技術已申請發(fā)明專利，專利號ZL2016109722977，ZL2015107688036等。

發(fā)明人介紹：

同濟大學 馬魯銘教授 博士生導師

¨ 城市污染控制國家工程研究中心任常務副主任

¨ 2001年獲政府特殊津貼

¨ 2010年上海市科技發(fā)明一等獎之完成人

¨ 先后負責承擔項目（863計劃項目3項、國家自然科學基金2項、國家科技支撐計劃1項）和省部級項目（上海市、教育部、江蘇?。┒囗?/p>

¨ 主要從事難降解有機物生物預處理研究，在廢水處理新型高級氧化工藝及催化劑、催化還原技術強化生物處理方面取得了重要成果

二、MNMR鐵基催化劑催化機理臭氧高級氧化是水處理技術中去除有機污染物的一種重要方法，能將很多有機物降解并改善其生物降解性能。在不需要調整廢水pH值情況，以催化鐵為催化劑，能夠促進O3分解產(chǎn)生羥基自由基，從而強化臭氧的氧化能力。可以提高臭氧的利用效率、氧化速度和氧化能力，并提高了污染物的去除率。

臭氧具有強氧化性，臭氧分子中的氧原子具有強烈的親電子或親質子性，在堿性溶液中擁有2.07V的氧化電位，其不僅可以，還可以氧化分解水中污染物，但對污染物具有選擇性且速度慢。

但臭氧在中性環(huán)境下，在催化鐵的催化作用下，在水中形成具有強氧化作用的羥基自由基·OH，HO·（E0=2.8V）電位高，針對污染物反應能力強、速度快、可引發(fā)鏈反應，使許多有機物徹底降解。

以催化鐵為基底的MNMR-AOP催化劑，不僅存在著各種過渡金屬氧化物（化合物）所具備的良好催化臭氧成份，同時起到催化臭氧的疊加效果，且存在著相互激勵的催化機制，達到協(xié)同增效的作用。

以鐵基為催化劑，首先要選擇好合金鋼材，不同材質對催化效果影響較大。本研究在此篩選和評價上做了大量積累工作。

1、鋼鐵中少量的摻雜元素，影響零價鐵的腐蝕速率及腐蝕產(chǎn)物

金屬的腐蝕，實質上是單質金屬的氧化反應；鋼材中含有不同的金屬元素，即在溶液中產(chǎn)生微觀原電池，從而加速鐵的氧化。但鐵的氧化產(chǎn)物并不都是臭氧催化劑成份，如：鐵離子，幾乎沒有催化效果；而γ-FeOOH，是公認的催化成份。因此，不僅鐵刨花表面改性環(huán)境條件，影響有效的催化成份；不同鋼材的摻雜元素，亦對催化劑影響較大。

2、鋼鐵中少量的過渡金屬元素，亦是的催化成份

目前理論界認為：過渡金屬氧化物（化合物）是良好的催化臭氧成份，很多元素比鐵的氧化物催化效果更好；不同過渡金屬氧化物催化臭氧的條件亦不相同。故鋼材中存在過渡金屬元素時，經(jīng)化學改性，不僅存在著各種金屬氧化物（化合物）催化臭氧的疊加效果，且可能存在著相互激勵的催化機制。本研究中選擇的鋼材，除Fe、C外，還有少量的Mo、Ni、Cu、Mn等，盡管量較少，但在催化臭氧中扮演了重要的角色。

三、處理范圍和應用場景

適用于中低濃度（COD≤500mg/L）難降解廢水的處理?？蓪崿F(xiàn)直接礦化達標或者預處理提高可生化性后進行二次生化。

該催化臭氧高級氧化技術可以應用于染整廢水、化工、石油、造紙、紡織、香精香料、制藥廢水、市政污水等生化排水的深度處理，也可應用于該類廢水的提高可生化性。

? 廢水預處理：將廢水中難生物降解的有機物斷鏈斷鍵及分解為小分子有機物，提高廢水的可生化性，利于二次生化。達到降低COD、提高可生化性、脫色等；

? 深度處理：用于生化出水的深度處理，強化降解剩余COD，實現(xiàn)礦化，達成廢水提標排放或回用。實現(xiàn)降低COD、提高可生化性、、脫色、除異味等。

四、技術路線和系統(tǒng)構成

主要設備（部分可選）：

本催化臭氧高級氧化系統(tǒng)，主要由以下單元構成：臭氧發(fā)生器、液氧罐（或壓縮空氣/氧氣）、在線臭氧分析儀（氣相）、臭氧尾氣破壞器、催化中心反應器、催化劑、水泵、氣態(tài)臭氧質量濃度儀（BMT964)、氣態(tài)臭氧質量流量計（E+H/AT70F)、水中臭氧濃度儀（W&T/OZ7)、臭氧微孔曝氣裝置，石英砂過濾器等。以上系統(tǒng)配置，可根據(jù)實際情況增減子單元。

五、本催化臭氧高級氧化系統(tǒng)優(yōu)勢2 處理效果好，COD去除率高達50%～80%。

2 運行成本低，臭氧投加量與去除COD總量的比值為1～2（視不同污染因子而定），大幅降低了臭氧投加量。以紹興水處理發(fā)展有限公司印染廢水深度處理為例，將其印染廢水二沉池出水COD由150mg/L去除至60mg/L，其運行成本約為1.5元/噸水。

2 反應速度快，大幅降低了反應器的體積。反應過程有大量的羥基自由基產(chǎn)生，其與大多數(shù)有機物反應的速率常數(shù)在108M-1·S-1--1010M-1·S-1。

2 尾氣內部自行處理不會產(chǎn)生二次污染，污泥產(chǎn)量極低。金屬離子溶出微量，不影響處理水質，易于操作管理，同時不需要引入其它能量，減少了工程造價。同時污泥產(chǎn)量極低。

2 可提高廢水的可生化性。有效破壞不飽和結構，顯著提高廢水可生化性。

2 應用范圍廣，幾乎所有的污水都可以采用。

2 有效成分，使用壽命長。

2 對如苯胺、硝基苯、鄰苯二甲酸類等含有苯環(huán)、胺基、偶氮等基團的有毒有機污染物,以及難以生物降解的物質處理效果明顯。

六、MNMR催化臭氧高級氧化系統(tǒng)開發(fā)設計體系6.1 系統(tǒng)操作參數(shù)