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TECHNOLOGY

核心·技术

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纳米多金属微电解技术

技术背景

20世纪70年代,苏联科研人员首先把铁屑和焦碳混合成微电解填料应用于印染废水的处理。该技术在上世纪80年代引入我国,近30年来,由于该技术具有工艺简单、处理成本低、脱色效果好等特点,被应用于印染、化工、电镀、制药、油田等领域的废水处理中,尤其对于高盐度、高COD、高色度废水的处理较其他工艺具有明显的优势。
对于传统的铁碳微电解技术,铁碳填料在运行中表面会形成钝化膜,影响反应的进行,一般在1-3个月后,处理效率急剧下降,填料的寿命很短,限制了技术的应用和推广。而且传统的铁碳填料易结块、出现沟流等现象,减少了填料与废水的有效接触面积,也是传统技术处理效率低(COD去除率为15-30%)的一个重要原因。传统的铁碳填料还会产生大量废弃铁泥,影响周边环境,也影响了技术的推广。最重要的是传统的铁碳微电解受应用环境影响较大,一般要求进行调酸处理,且对相当多的毒害有机物处理效果不明显。
基于传统铁碳微电解技术存在的诸多问题,以及对废水处理中对还原的大量需要(如印染废水、制药废水、化工废水、农药废水中的污染物往往抗氧化能力强,而抗还原能力弱,这些废水中污染物通过还原技术处理发生初步分解后,废水的可生化性可以大幅度提高,有利于提升废水生化处理的效率),90年代以来美国的科研人员开展了纳米级多金属废水还原处理技术的研究工作,在电镀废水除铬、地下水除有机氯化物、化工废水预处理、制药废水和化工废水深度处理、印染废水深度处理等方面取得了大量科研成果。山东晟博环境科技有限公司依托美国阳光生物科技有限公司在此基础上成功研发出填料和配套装备,填补了国内技术空白。

技术基本原理

该废水处理所用高活性纳米多金属填料是由多种金属和非金属经纳米化处理,并添加了生物还原酶组成的一种高效还原剂。其活性比国内出售的高效铁碳微电解填料高6-10倍。同时,该填料可以采用美国阳光公司生产的活性恢复装置进行活性再生,极大地降低了运行成本,而且填料不会出现结块、沟流等不良现象。
在废水处理设备方面,可采用曝气流化床和慢行搅拌,使填料在运行过程中减缓钝化膜的形成,也可根据实际情况采用不同布水方式的固定床模式。

各种规格的高活性多金属还原剂填料

高活性多金属还原剂填料的微观图像

高活性纳米多金属还原剂基本原理

目前,在难降解工业废水处理中,其中的毒害物质有机物有一定的共性,如大都含有硝基芳香烃类、偶氮类、高氯烃和芳香烃类化合物,它们含有的双键、碳双键、强拉电子基团、偶氮键、苯环类物质不容易被化学氧化,但通过研究表明,它们较容易化学还原,且还原转化后的产物对微生物的毒性和抑制性大大减弱,可生物降解性提高。
我们通过仔细研究电化学还原,并且经过大量的测试,成功找到了一种对毒害有机物进行还原处理的办法,即通过多金属组合,结合成给电子能力很强的物质,造成一个还原环境,使其还原毒害有机物,将其转化为无毒无害的有机物。同时通过使用纳米级金属来改善阳极,极大地增加了电位差。我们通过测试表明,碳+铁的电位是120mv,碳+纳米多金属的电位是-500mv到-800mv,这样其还原能力大为增强。在此基础上,我们又增加了一个阴极,建立了双金属体制,测试表明,新增加的阴极不仅可以进一步增强阳极的还原能力,同时,在新增阴极表面还可同时进行还原反应,在这样的还原环境下,还原能力有了质的飞跃。

与铁碳微电解比较

高活性纳米金属还原剂 常规铁碳
反应时间 60分钟 120分钟
处理比例 COD降解60-70% COD降解20-30%
活性 1:3 1:1
反应环境 任意pH条件 需调酸调碱,需絮凝。
COD去除效率 量大
成本(按活性处理COD及氨氮降解率和原料成本计算) 低分子污水50%,大分子污水可断链,COD反而增高,但生化性提高。 20%-30%
对生化性的影响 明显提升 不明显
污泥量 基本不产生 大量
脱色 不显著
高活性纳米多金属还原剂的主要特点

1)反应速率快,一般工业废水60分钟;处理水量大,料水比为1:3;
2)对低分子有机物废水COD去除率高,一般在50%;对含大分子有机物废水种的有机物可断链,提高生化性,有益于后续生化。并且对色度的去除更佳;
3)运行成本低,一般在0.50元/吨左右;
4)作用有机污染物质范围广,如含有偶氮、碳双键、硝基、卤代基结构的难降解有机物质;
5)适用pH范围广;不需调酸调碱和絮凝。
6)运行管理方便,不钝化、不沟流;
7)该方法既可以作为单独的处理方法,又可作为生物法的预处理工艺,除废水的 生化性得到提高外,如做为预处理,可直接与后续好氧生物法耦合,富余的铁离子有利于磷的去除和提高活性污泥的沉降性能或生物膜法的挂膜能力;
8)该方法可以达到化学沉淀除磷的效果,还可以通过还原除重金属。
9)基本不产生污泥。

高活性纳米多金属还原剂的适用范围

染料、印染废水;焦化废水;石油化工;淀粉工业和一般化工废水;屠宰废水、养殖废水
——上述废水在脱色的同时,处理水中的BOD/COD值显著提高;
石油废水;皮革废水;淀粉工业废水;造纸废水;医药废水;木材加工废水;屠宰废水、养殖废水、
——上述废水处理后的BOD/COD值大幅度提高;
电镀废水;印刷废水;采矿废水;其他含有重金属的废水
——可以从上述废水中去除重金属;
有机磷农药废水;有机氯农业废水
——大大提高上述废水的可生化性,且可除磷,除硫化物。

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