湿式催化氧化技术处理高浓度工业废水研究_孙珮石

第一作者:孙石,男,1957年生,工学博士,教授,硕士生导师,主要从事环境工程专业的教学与科研工作。*国家计委高技术产业化推进项目(99-257);云南省计委“九·五”重点科技攻关项目(97-023);昆明市科委重点科技项目(98-016)。湿式催化氧化技术处理高浓度工业废水研究*孙石1郝玉昆2杨英2钱彪2洪品杰3原田吉明4(1.昆明理工大学环境科学与工程学院,云南昆明650093;2.昆明环境工程技术研究中心,云南昆明650032;3.云南大学,云南昆明650091;4.日本大阪煤气公司,大阪554)摘要采用日本大阪煤气公司先进的湿式催化氧化技术及其200L/d小型工业试验装置对高浓度焦化废水、造纸黑液(原水CODCr分别为11800和50000mg/L)进行处理试验,结果CODCr去除速率分别达到540mg/(L·min)和2412mg/(L·min)。应用国产化湿式催化氧化技术和20m3/d工业装置对同样两种高浓度工业废水进行处理,结果CODCr和NH3-N的去除率均达99%以上,并使废水经处理后连续稳定地达标排放,具有较好的经济效益。关键词高浓度工业废水CWO处理技术试验研究焦化废水、造纸黑液等高浓度工业废水的净化处理是目前国内外废水处理领域中的一个难题。由于这类高浓度工业废水的处理难度大,采用常规的生物或物理化学净化方法已难以或无法满足目前的净化处理技术和经济要求。因此,这类废水的净化处理问题,已经受到了我国许多废水处理技术研究机构和各级政府环保部门的高度重视[1,2]。湿式催化氧化(CWO)技术是专门用于高浓度工业废水处理的技术,是一种废水的深度处理技术[3～5]。CWO技术是目前处理高浓度生化难降解工业有机废水的有效方法之一,日本及其他发达国家,把CWO技术视为第二代工业废水处理高新技术,专用于解决第一代常规技术(如生物处理、物理化学处理等)难以解决或无法解决的高浓度生化难降解工业废水的净化处理问题。本研究自1997年起通过引进、消化吸收及试验应用了日本大阪煤气公司先进的CWO高浓度生化难降解工业有机废水处理技术及其200L/dCWO小型工业试验装置后,在昆明完成了对该技术的国产化研究,并自主设计、制造、集成建设和运行了一套20m3/dCWO技术工业应用装置,形成了一项适合我国国情的处理解决高浓度生化难降解工业废水的实用工业新技术和新装置。1CWO处理技术工艺概要CWO废水处理技术工艺即在一定温度(170～300℃)和压力(1.0～10.0MPa)条件下,在填充专用固体催化剂的反应器中,利用氧气(空气),不经稀释一次性对高浓度工业有机废水中的CODCr、总有机碳(TOC)、氨、氰等污染物进行催化氧化分解的深度处理(接触时间0.1～2.0h),使之转变为CO2、N2和水等无害成份,并同时脱臭、脱色及杀菌消毒,从而达到净化处理废水的目的。该工艺不产生污泥,只有少量装置内部的清洗废液须要单独处置。当达到一定处理规模时,还可以热能形式回收大量能量。CWO废水处理技术典型工艺流程如图1所示。图1CWO废水处理技术工艺流程示意图1.升压泵;2.压缩机;3.换热器;4.冷却器;5.加热器;6.气液分离器;7.反应器CWO技术处理高浓度工业废水是一个涉及液、气、固三相的复杂反应过程,在填充有专用固体催化剂的反应器中主要发生下列氧化放热反应[5]:(1)有机物(碳水化合物、BOD、COD)例:CH3COOH+2O2→2CO2+2H2O+872.1kJ/(g·mol)(2)氮化物(NH3、有机氮化物)例:4NH3+3O2→2N2+6H2O+319.0kJ/(g·mol)(3)硫化物(硫化氢、有机硫化物)例:H2S+2O2→H2SO4+570.2kJ/(g·mol)应用CWO工艺技术处理废水时,可根据需要采用一个独立的CWO废水处理系统,将废水直接·212·环境污染与防治第26卷第3期2004年6月DOI:10.15985/j.cnki.1001-3865.2004.03.021处理达标,也可通过催化氧化使废水中的有机污染物低分子化处理后,再与常规活性污泥法或厌氧消化法组合使用达到所需排放标准。经处理达标后的废水可直接排放,也可以循环利用。2CWO技术处理高浓度焦化废水与造纸黑液的可行性试验研究本研究利用1997年12月从日本大阪煤气公司成套引进的CWO小型试验装置,对高浓度焦化废水和造纸黑液进行了处理技术可行性试验研究,处理试验结果如图2至图4所示。该CWO技术试验装置的废水处理能力为200L/d,是现阶段日本大阪煤气公司专用于研究确定废水处理设计条件的小型工业试验装置,其主要由一个加热器和3个反应器组成,制作材料具有良好的耐腐蚀性。该装置是一套具有国际先进水平的连续流动型CWO技术工业应用条件参数的小型试验装置,操作控制及紧急报警