基本信息
- 項目名稱：
- 高效節(jié)能有機廢水催化處理器制作
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 在調(diào)查了過氧化氫H2O2催化分解法在水處理方面應(yīng)用的基礎(chǔ)上，合成了一系列稀土鈣鈦礦ABO3催化劑LaxSr1-xMnyCo1-yO3催化劑，通過測試這些催化劑對過氧化氫的分解速度，篩選出分解活性最高的鈣鈦礦型復合氧化物La0.7Sr0.3Mn0.7Co0.3O3。以顆粒強度在40-70N/粒的氧化鋁小球負載La0.7Sr0.3Mn0.7Co0.3O3，制成負載型多相催化劑。設(shè)計制作了一臺催化床長度10 m、直徑6 mm的玻璃固定床催化反應(yīng)器，反應(yīng)器填充La0.7Sr0.3Mn0.7Co0.3O3/Al2O3催化劑，以鈣羧酸和淀粉為COD消除對象，考察了H2O2/COD比、廢水在反應(yīng)器中停留時間對COD脫除率的影響，結(jié)果表明，在床層停留時間15 min以上、催化床長度10 m條件下，5000ppm的有機物脫除率可達97％、500ppm時脫除率達94％。該處理器的優(yōu)點在于出水無Fe(OH)3膠體沉淀，處理時間短、COD脫除率高、設(shè)備投資和運行成本低，具有較好的發(fā)展前景。
- 詳細介紹：
- 為此本文的設(shè)計思路是選擇固定床催化法，選擇毫米級球形顆粒催化劑La0.7Sr0.3Mn0.8Co0..2O3/γ-Al2O3，反應(yīng)器選擇固定床管道反應(yīng)器，這樣廢水從管道入口泵入進入催化床即可，處理設(shè)備簡單，選用球形顆粒催化劑，傳質(zhì)阻力較小，出口用粗濾網(wǎng)分離催化劑即可。 3.2實驗裝置制作 圖8是欲制作的廢水處理催化床的原理流程圖。 圖8污水處理催化反應(yīng)裝置原理圖 截取20支直徑6mm、長度0.5m的玻璃管，串接后催化床的總長度為10m。其中每4個玻璃管串聯(lián)成一組獨立的催化床(如圖8中床層A和B)，共10組，每組床層總高度2m。在A組床層和B組床層之間串聯(lián)一個三通閥，閥門的一個出口串接到下一組床層，另一個出口留作檢驗COD的采樣口，各組床層固定在支架上。最后將固定床反應(yīng)器、恒流泵、消解罐、組裝在一個整體木質(zhì)機箱內(nèi)，機箱前、后、頂部均為合頁固定的可開啟面板，以便于不同的操作。實物照片見圖9. 4．污水處理實驗 為便于對比，采用人工配置有機廢水的方法， 對比催化劑采用Fe(SO)4，選用的有機物有2-羥基-1-(2-羥基-4-磺基-1-萘基偶氮)-3-萘甲酸（鈣羧酸）： 選用鈣羧酸的原因是該化合物含有硫、氮、氧、炭、芳環(huán)、羧基、羥基、磺酸基等，結(jié)構(gòu)較復雜，能代表大多數(shù)有機物具有的元素特性和基團特性。 a）主視照片 b）俯視照片 a）后視照片 b）整機照片 圖9 污水處理催化反應(yīng)裝置實物圖 對比有機物為淀粉（分子量3000-15000），主成份為直鏈（可溶）淀粉： 4.1過氧化氫加入量考察 圖10是不同反應(yīng)器入口廢水H2O2/COD比對COD脫出率的實驗結(jié)果，圖11是H2O2/COD比對出水COD值影響的實驗結(jié)果 圖10 過氧化氫加入量與COD脫出率的關(guān)系 圖11過氧化氫加入量與出水COD關(guān)系 從圖10a看出，當原水COD較高時，H2O2加入比例為H2O2/COD（m/m）小于1.2時，隨著H2O2增加，出水COD降低，H2O2/COD比當超過1.2時，增加H2O2對出水COD降低作用不明顯。從圖11a看出，當H2O2/COD比超過1.2后，使出水COD從5000ppm降低到100ppm以下。 從圖10b看出，原水COD濃度較低時，要達到相同的去除率，從圖11b看出，則需要提高H2O2/COD比，當H2O2/COD比超過1.2后，使出水COD從500ppm降低到20ppm以下。 綜合這一實驗結(jié)果，低濃度原水經(jīng)過1個催化床就可以達到排放要求，而高濃度要經(jīng)過2段催化床，或者延長水在催化床中的停留時間可達到排放要求。后續(xù)試驗中如無特殊說明，H2O2/COD＝1.3，床層長度10m，停留時間15min 4.2 催化床長度的考察 圖12a用1m單管反應(yīng)器循環(huán)10次（總長度10m）的試驗結(jié)果，對500ppm的原水，催化床4米出口前，隨催化床長度增加，COD迅速降低，超過8米后作用不明顯，所以為確保處理效果，應(yīng)使用8m以上催化床，所以本設(shè)計取總的床長度10m。 圖12b是我們設(shè)計的串聯(lián)管道實驗裝置（圖9）的試驗結(jié)果，總長度為10m(0.5m×20根)，每2.5米長度設(shè)置一個取樣口。從結(jié)果與圖12a相似. 4.3 不同有機物廢水的處理效果考察 選擇鈣羧酸（2-羥基-1-(2-羥基-4-磺基-1-萘基偶氮)-3-萘甲酸）的原因是該化合物含有硫、氮、氧、炭、芳環(huán)、羧基、羥基、磺酸基等，結(jié)構(gòu)較復雜，能代表大多數(shù)有機物具有的元素特性和基團特性而淀粉具有糖類、纖維素等有機物的典型化學結(jié)構(gòu)，所以選用鈣羧酸和淀粉作為處理對象。 鈣羧酸 淀粉 從圖13看出，催化床對鈣羧酸和淀粉的處理效果相差不大，說明該方法對這兩類不同結(jié)構(gòu)的有機物有相似的氧化脫除效果。 圖12 床長度對COD脫出的影響 圖13 ABO3處理不同有機物廢水的處理效果 4.4 工業(yè)廢水處理效果 取某市其經(jīng)濟開發(fā)區(qū)某公司的農(nóng)藥廢水1000 ml，廢水主要含有甘油、丙環(huán)銼、吡蟲啉、草甘膦、阿維菌素、乙蒜素、聯(lián)苯聚酯等有機物組成。 (1)首先將農(nóng)藥稀釋100倍，取稀釋后的溶液進行消解處理后，測吸光度值為0.109，根據(jù)標準曲線可計算出COD值為36333.3 ppm。 (2)取農(nóng)藥廢水100 ml加入16.9 ml 30%的H2O2溶液(H2O2/COD=1.4)， 在pH=5.5、固定催化床中反應(yīng)時間為25min、通過10 m的催化床條件下，在出口取水樣進入試管。從試管中取水樣消解處理后，測出COD值為416.7 ppm。農(nóng)藥廢水的去除率達到98.85%。 以上結(jié)果表明，該方法對含有復雜有機物的農(nóng)藥廢水有較好的COD去除效果。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：以高效節(jié)能為目標，制作一套多相催化法處理有機廢水的固定床模擬反應(yīng)器. 思路：一是制備高活性負載型H2O2分解催化劑，二是制作一套模擬廢水處理管道反應(yīng)器，三是用所制備的催化劑和模擬反應(yīng)器考察H2O2對廢水有機物的氧化處理效果。 創(chuàng)新點：稀土鈣鈦礦固體顆粒催化劑結(jié)合固定床管道催化反應(yīng)工藝去除廢水中COD。 技術(shù)關(guān)鍵：稀土鈣鈦礦催化劑研制、配套固定床管道催化反應(yīng) 制作；COD去除條件考察。 技術(shù)指標：COD去除率大于95％，廢水處理時間小于1小時。
科學性、先進性
- 與傳統(tǒng)的以Fe離子為催化劑的Fenton處理法相比，本設(shè)計用稀土鈣鈦礦型固體催化劑代替鐵均相催化劑，可省略過濾氫氧化鐵膠體工序；制作的模擬工業(yè)固定床管道反應(yīng)器代替均相催化所需的大型反應(yīng)器，大幅度降低投資成本，減少攪拌和過濾設(shè)備，能較大幅度地節(jié)能降耗；制備的催化劑與固定床管道反應(yīng)器配套使用，處理效率高和處理效果好，處理時間大幅度降低，廢水經(jīng)過8米以上管道反應(yīng)器、停留15分鐘的處理過程，能使COD為1000ppm廢水的有機物脫除率達95％以上。 1.金燮,杜肖,趙雅芝,等.高級氧化處理有機廢水的Fe2O3/Al2O3催化劑及其制備方法[P].CN:1562798A,2005.2.胡長誠.過氧化氫處理工業(yè)廢水研究進展[J]. 化學推進劑與高分子材料, 2006,4(5):1-5 3.胡長誠.過氧化氫處理工業(yè)廢水研究進展(續(xù))[J]. 化學推進劑與高分子材料, 2006,4(6):5-7
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在所在高?！疤魬?zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽中榮獲一等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物 圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 為了降低廢水處理成本，人們近年來一直在追求用高效的負載型固體催化劑代替鐵離子均相催化劑，并要求用配套的多項催化反應(yīng)器代替均相反應(yīng)釜。本研究制備的催化劑及其制作的配套固定床管道反應(yīng)器能實現(xiàn)這一目標。實驗結(jié)果表明以農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)的廢水為實例，采用本研究催化劑和反應(yīng)器，加藥量控制在H2O2/COD=1.4左右， 實測pH=5.5、固定催化床中反應(yīng)時間為25min、通過10 m的催化床條件后，能將農(nóng)藥廠廢水中36333ppm(實測)的COD降低到417ppm，COD脫除率可達98.85％，具有較好應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 用H2O2處理含有化學污染物的廢水，主要依靠 H2O2 分解產(chǎn)生的氧化能力強的游離羥基(?OH)。處理時可不加催化劑，借助控制pH、溫度和時間等參數(shù)，達到破壞一些污染物的目的；也可添加催化劑(如鐵、銅等)，促進H2O2分解，提高處理效果。過氧化氫催化法處理廢水的工藝有兩類：Fenton法（H2O2－Fe2+催化）法和改進Fenton法（H2O2－光/光電催化）[1]。前者鐵離子在處理廢水后形成膠體懸浮物，過濾除去懸浮物工序的運行成本占整個廢水處理成本比例大；后者處理設(shè)備復雜、反應(yīng)時間長，也導致成本較高。目前國內(nèi)外人們努力研究高效固體催化劑代替Fe2+催化劑，已經(jīng)研究出的催化劑有Fe2O3/Al2O3催化劑[2]，Cu-Ni-Ce/SiO2催化劑[3]，Ru-Ce/Al2O3催化劑[4]，UV/TiO2[5]，但未見用球形顆粒鈣鈦礦ABO3氧化物催化劑、配套固定床管道反應(yīng)器處理廢水的報道。本設(shè)計的思路是，研制一種高強度抗磨球形顆粒催化劑，將該催化劑裝在管道反應(yīng)器中，反應(yīng)器入口設(shè)置混合物料分布器，將廢水和一定比例的H2O2從反應(yīng)器入口加入，在廢水和H2O2流過管式固定床催化床時，H2O2快速分解，產(chǎn)生較高濃度的活性氧?O?或HO?自由基，該自由基具有極強的氧化能力，氧化有機廢水中的有機物，降低廢水COD。 1.胡長誠. 過氧化氫處理工業(yè)廢水研究進展[J]. 化學推進劑與高分子材料, 2006, 4(5):1-5 2.金燮,杜肖,趙雅芝,等.高級氧化處理有機廢水的Fe2O3/Al2O3催化劑及其制備方法[P].CN:1562798A,2005 3.趙彬俠,白偉利,李紅亞,等. 催化濕式過氧化氫氧化農(nóng)藥廢水Cu-Ni-Ce/SiO2催化劑的研究[J]，環(huán)境化學，2008，27(1):39-42 4.楊少霞,馮玉杰,萬家峰等,濕式氧化催化劑Ru/γ-Al2O3降解高濃度含酚廢水的研究[J].分子催化, 2003,17(5)∶357—361 5.M.A.Barakat, J.M.Tseng,C.P.Huang .Hydrogen peroxide-assisted photocatalytic oxidation phenolic compounds[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2005, 59:99-104.
