一、概述

 

    催化氧化塔催化氧化是目前處理高濃度、難降解有機(jī)廢水的公認(rèn)先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)的特點(diǎn)是氧化劑在研制的高氧化活性及高穩(wěn)定催化劑的作用下，達(dá)到多相催化氧化的目的，有效的降解廢水中的難降解污染物質(zhì)。反應(yīng)無(wú)須在高溫、高壓下進(jìn)行，在通常條件下即可達(dá)到反應(yīng)要求，獲得很高的氧化處理效率。在反應(yīng)器中，廢水中的污染物和氧化劑分子擴(kuò)散到催化劑表面的活性中心，然后污染物和氧化劑分子在催化劑表面上發(fā)生催化氧化反應(yīng)。氧化反應(yīng)后原來(lái)較難處理脂肪烴、多環(huán)芳烴、多環(huán)芳香化合物等降解為易于生化的小分子化合物，COD去除效果明顯，色度可顯著降低，B/C大大提高，可再附以常規(guī)的物化或生物處理手段。

二、原理

    新型催化氧化的原理就是在表面催化劑存在的條件下，利用強(qiáng)氧化劑——二氧化氯在常溫常壓下催化氧化廢水中的有機(jī)污染物，或直接氧化有機(jī)污染物，或?qū)⒋蠓肿佑袡C(jī)污染物氧化成小分子有機(jī)污染物，提高廢水的可生化性，較好地去除有機(jī)污染物。在降解COD的過(guò)程中，打斷有機(jī)物分子中的雙鍵發(fā)色團(tuán)，如偶氮基、硝基、硫化羥基、碳亞氨基等，達(dá)到脫色的目的，同時(shí)有效地提高BOD/COD值，使之易于生化降解。這樣，二氧化氯催化氧化反應(yīng)在高濃度、高毒性、高含鹽量廢水中充當(dāng)常規(guī)物化預(yù)處理和生化處理之間的橋梁。表面催化劑（多種稀有金屬類(lèi)）以活性炭為載體，多重浸漬并經(jīng)高溫處理。

ClO2→HClO3+HCl

ClO2→HCl+HClO

HClO→HClO3+HCl

氯酸和亞氯酸在酸性較強(qiáng)的溶液里是不穩(wěn)定的，有很強(qiáng)的氧化性，將進(jìn)一步分解出氧，終產(chǎn)物是氯化物。在酸性較強(qiáng)的條件下，二氧化氯回分解并生成氯酸，放出氧，從而氧化、降解廢水中的帶色基團(tuán)與其他的有機(jī)污染物；而在弱酸性條件下，二氧化氯不易分解污染物而是直接和廢水中污染物發(fā)生作用并破壞有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。因此，pH值能影響處理效果。

從上式可以看出，二氧化氯遇水迅速分解，生成多種強(qiáng)氧化劑——HClO3、HClO2、Cl2、H2O2等，并能產(chǎn)生多種氧化能力極強(qiáng)的活性基團(tuán)（即自由基），這些自由基能激發(fā)有機(jī)物分子中活潑氫，通過(guò)脫氫反應(yīng)生成R*自由基，成為進(jìn)一步氧化的誘發(fā)劑；還能通過(guò)羥基取代反應(yīng)將芳烴上的——SO3H、——NO2等基團(tuán)取代下來(lái)，生成不穩(wěn)定的羥基取代中間體，此羥基取代中間體易于發(fā)生開(kāi)環(huán)裂解，直至完全分解為無(wú)機(jī)物；此外ClO2還能將還原性物質(zhì)如S2—等氧化。二氧化氯的分解產(chǎn)物對(duì)色素中的某些基團(tuán)有取代作用，對(duì)色素分子結(jié)構(gòu)中的雙鍵有加成作用。因此，二氧化氯可以很好的氧化分解水中的酚、氯酚、硫醇、仲胺、叔胺等難降解有機(jī)物和硫化物、鐵、錳等無(wú)機(jī)物。

對(duì)芳烴類(lèi)有機(jī)物，其降解變化可分為三個(gè)階段：①反應(yīng)階段初期，首先出現(xiàn)苯環(huán)的烴基化合物，如鄰苯二酚、對(duì)苯二酚、對(duì)苯醌；②第二階段出現(xiàn)的產(chǎn)物是苯環(huán)結(jié)構(gòu)破壞后的二元酸,開(kāi)始以順丁烯二酸為主,濃度較高,隨著氧化進(jìn)程逐漸深入,碳鏈繼續(xù)斷開(kāi),生成小分子的羧酸,如草酸和甲酸,并以草酸為主;③第三階段為深度氧化階段,中間產(chǎn)物銳減,產(chǎn)物以二氧化碳為主.即有機(jī)物結(jié)構(gòu)降解的趨勢(shì)為:

苯環(huán)類(lèi)有機(jī)物→苯環(huán)涇基化→開(kāi)環(huán)生產(chǎn)羧酸→二氧化碳

當(dāng)苯環(huán)上有給電子基時(shí),二氧化氯的氧化效果好,但當(dāng)苯環(huán)上含有吸電子基時(shí),氧化效果就差一些。而不同苯環(huán)類(lèi)物質(zhì)被二氧化氯催化氧化的難易程度由苯環(huán)所連的取代基的給電子的能力強(qiáng)弱所決定。在二氧化氯作催化劑的常溫常壓催化氧化反應(yīng)中,苯環(huán)上連接不同取代基時(shí)降解的普遍規(guī)律由易到難排列為:

羥基＞甲氧基＞氨基＞硝基＞氯代基

二氧化氯作催化劑的催化氧化過(guò)程對(duì)含有苯環(huán)的廢水有相當(dāng)好的降解作用,COD的去除率也相當(dāng)高。但在有機(jī)物質(zhì)的降解過(guò)程中,有一些中間產(chǎn)物產(chǎn)生,主要有:草酸、順丁烯二酸、對(duì)苯酚和對(duì)苯醌等,這就造成了COD的去除率相對(duì)較低,但其B/C比即可生化性大大提高。

三、氧化劑制備

二氧化氯采用現(xiàn)場(chǎng)制備的方法,在塔式噴淋反應(yīng)器內(nèi),用氯酸鈉與鹽酸在催化劑存在的條件下反應(yīng),生成二氧化氯,反應(yīng)方程式如下:

NaClO3+HCl 催化氧化塔出水進(jìn)行配水是為了降低含鹽量，使之能更好地進(jìn)行生化處理；

(4)去除率≥70% ；色度去除率≥95 ；揮發(fā)酚去除率≥99% ；苯氨類(lèi)去除率≥95%；硝基苯類(lèi)去除率≥95% ；去除率≥99%。