近年來在水處理領域中,發展出一種基于化學氧化法的新型技術——多相催化氧化技術。此技術的核心在于利用固相催化劑的催化作用使氧化劑分解產生具有強氧化性的羥基自由基(·OH),從而使水中污染物的氧化降解更迅速和徹底。并且,與以往的均相催化劑相比,固相催化劑更易進行回收,適用于進行連續性操作。
氧化劑和固相催化劑是多相催化氧化技術中最關鍵的兩個因素,其中氧化劑通常采用直接投加的方式添加到體系中,使用的氧化劑多為O3和H2O2。固相催化劑則主要包括載體和活性組分。載體需要滿足比表面積大、機械強度高、熱穩定性高、價格低廉等特點,常見的材料有活性炭、Al2O3等多孔材料及MnO2、TiO2等金屬氧化物?;钚越M分主要包括貴金屬、過渡金屬及其氧化物(Fe基、Ce基、Mn基、Cu基、復合金屬)、堿土金屬及其氧化物(Mg基、Ca基)、活性炭等非金屬物質。其中,貴金屬因價格昂貴且容易造成二次污染而很少在在工業上進行使用;過渡金屬及其氧化物因良好的催化性能而被廣泛使用,但存在使用過程中活性組分溶解而造成催化性能下降等問題;堿土金屬及其氧化物可在反應中提高體系pH更有利于·OH的生成,但Ca、Mg催化劑的存在會顯著影響水體硬度;碳材料不僅本身具有很強的吸附能力還有效催化臭氧氧化產生·OH,具有廣闊的應用前景。目前,多相催化氧化技術多用于處理難降解有機廢水。相關研究表明:1)采用顆粒再生活性炭(GAC)催化臭氧氧化處理高色度的印染廢水,結果顯示GAC/O3體系對有機污染物的降解效率是單獨臭氧處理的1.6~2.0倍,此體系通過催化臭氧氧化生成強氧氧化性·OH可對廢水進行快速脫色并提高廢水的可生化性。2)為了使催化體系的作用更大化,相關研究采用活性炭與零價鐵結合形成的固相鐵碳催化劑與氧化劑結合的形式,從而構成復雜的多相催化氧化體系。采用固相鐵碳催化劑促進O3/H2O2體系深度處理準SAARB滲濾液尾水中難降解有機物,結果發現體系中除了固相鐵碳催化劑-O3的非均相催化氧化、固相鐵氧化物-H2O2的非均相芬頓反應外,還有包括鐵碳微電解反應、O3-H2O2協同作用等,能夠顯著降低廢水COD并有效提高廢水的可生化性。3)采用一種新型的臭氧曝氣與內微電解結合的反應器對RR2染料廢水進行處理,結果發現在最佳工藝條件下能夠達到100%脫色率和82%的TOC去除率,且相對于單獨臭氧氧化或單獨微電解而言,OIEF對廢水pH的要求更低。
在多相催化氧化技術對廢氣進行降解處理中,創造性地采用填充固相催化填料的噴淋塔作為主體結構,使廢氣中的污染物在塔內氧化劑(活性氧、O3、H2O2、水力空化等)及其催化氧化產生的·OH的作用下被氧化降解。廢氣多相催化氧化技術巧妙地將吸附、吸收、催化氧化、冷凝等方法進行有機結合,在以塔為主體的體系內涵蓋了氣-氣、氣-液、氣-固、液-液、液-固在內的多相反應。目前,國內外關于多相催化氧化技術的應用情況如下:1)在處理高濃度有機廢氣及惡臭廢氣方面,采用吸附+二級多相催化氧化工藝處理高濃度石化行業排放出的有機及惡臭廢氣,結合了活性氧、O3、H2O2、水力空化在內的多種氧化劑及氧化形式,該工藝體系通過特殊的塔式結構使各種氧化劑在固相催化填料的催化下相互疊加、相互作用,生成的大量·OH可對廢氣中的污染物進行無選擇性的鏈式反應,該工藝體系對VOCs、H2S、NH3的去除率高達98%、97%和100%,出氣口各項污染物濃度均達到排放標準。2)采用吸附-多相催化氧化聯合技術處理石油化工污水所產生的惡臭氣體(主要成分包含苯系物、烴類、硫化氫、硫醇、硫醚等),在富含臭氧、雙氧水的噴淋液與催化填料的作用下可對廢氣中的有機污染物進行徹底降解,非甲烷總烴、苯、甲苯和二甲苯的降解率分別可達90%、99%、86%和96%。雖然,多相催化氧化技術在高濃度廢氣處理方面效果較好且無二次污染的問題,但針對于處理其他中低濃度廢氣的相關研究較少。
本公司尚潔環保自主研發的有機廢氣自由基多相催化氧化法,主要應用于中低濃度有機廢氣治理,已經完成了技術鑒定(粵環協鑒[2021]6號,VOCs廢氣多相催化氧化處理技術),突破了4項技術:鐵基催化劑,碳基催化劑,活性氧分子注入,流化床多相氧化塔,填補了多相催化氧化技術領域的技術空白。