上海尚析环保设备有限公司

MNMR催化臭氧高级氧化技术说明

一、技术背景：我国对环境保护非常重视，为切实加大水污染防治力度，保障国家水安全，制定《水污染防治行动计划》。随着国家、地方及行业对污染物排放标准进一步提高，工业企业面临较大的环保压力，污水排放达到现有或更高的环保标准是必要条件，但二级出水的有机污染物已属难降解的有机物，常规的物理、化学或生物处理均难有较好的去除效果。

为了提高工艺的处理效果，各种高级氧化工艺（AOPS高级氧化）应运而生，是未来水处理的优势发展方向之一，其代表了国际水处理的一个发展趋势。

作为一种强氧化剂，臭氧因具有快速脱色、有效破坏不饱和结构和显著提高废水可生化性、无污泥产生等特点而受到青睐，但它的推广仍受制于能耗高、矿化能力弱等问题。而臭氧高效催化剂的选择起到很重要的作用，它可以提高臭氧的利用效率，强化臭氧的氧化能力。

同济大学马鲁铭教授开发了MNMR催化臭氧技术，本高效臭氧铁基催化高级氧化单元属于高级氧化工艺的一种，能够促进O3分解产生羟基自由基，从而强化臭氧的氧化能力。为企业提供了一种新的解决途径，一种经济、简易的设备且能高效处理难降解有机污染物的方式。本技术已申请发明专利，专利号ZL2，ZL2等。

发明人介绍：

同济大学 马鲁铭教授 博士生导师

¨ 城市污染控制国家工程研究中心任常务副主任

¨ 2001年获国务院政府特殊津贴

¨ 2010年上海市科技发明一等奖之完成人

¨ 先后负责承担项目（863计划项目3项、国家自然科学基金2项、国家科技支撑计划1项）和省部级项目（上海市、教育部、江苏省）二十余项

¨ 主要从事难降解有机物生物预处理研究，在废水处理新型高级氧化工艺及催化剂、催化还原技术强化生物处理方面取得了重要成果

二、MNMR铁基催化剂催化机理臭氧高级氧化是水处理技术中去除有机污染物的一种重要方法，能将很多有机物降解并改善其生物降解性能。在不需要调整废水pH值情况，以催化铁为催化剂，能够促进O3分解产生羟基自由基，从而强化臭氧的氧化能力。可以提高臭氧的利用效率、氧化速度和氧化能力，并提高了污染物的去除率。

臭氧具有强氧化性，臭氧分子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性，在碱性溶液中拥有2.07V的氧化电位，其不仅可以消毒杀菌，还可以氧化分解水中污染物，但对污染物具有选择性且速度慢。

但臭氧在中性环境下，在催化铁的催化作用下，在水中形成具有强氧化作用的羟基自由基·OH，HO·（E0=2.8V）电位高，针对污染物反应能力强、速度快、可引发链反应，使许多有机物彻底降解。

以催化铁为基底的MNMR-AOP催化剂，不仅存在着各种过渡金属氧化物（化合物）所具备的良好催化臭氧成份，同时起到催化臭氧的叠加效果，且存在着相互激励的催化机制，达到协同增效的作用。

以铁基为催化剂，首先要选择好合金钢材，不同材质对催化效果影响较大。本研究在此筛选和评价上做了大量积累工作。

1、钢铁中少量的掺杂元素，影响零价铁的腐蚀速率及腐蚀产物

金属的腐蚀，实质上是单质金属的氧化反应；钢材中含有不同的金属元素，即在溶液中产生微观原电池，从而加速铁的氧化。但铁的氧化产物并不都是臭氧催化剂成份，如：铁离子，几乎没有催化效果；而γ-FeOOH，是公认的催化成份。因此，不仅铁刨花表面改性环境条件，影响有效的催化成份；不同钢材的掺杂元素，亦对催化剂影响较大。

2、钢铁中少量的过渡金属元素，亦是的催化成份

目前理论界认为：过渡金属氧化物（化合物）是良好的催化臭氧成份，很多元素比铁的氧化物催化效果更好；不同过渡金属氧化物催化臭氧的条件亦不相同。故钢材中存在过渡金属元素时，经化学改性，不仅存在着各种金属氧化物（化合物）催化臭氧的叠加效果，且可能存在着相互激励的催化机制。本研究中选择的钢材，除Fe、C外，还有少量的Mo、Ni、Cu、Mn等，尽管量较少，但在催化臭氧中扮演了重要的角色。

三、处理范围和应用场景

适用于中低浓度（COD≤500mg/L）难降解废水的处理。可实现直接矿化达标或者预处理提高可生化性后进行二次生化。

该催化臭氧高级氧化技术可以应用于染整废水、化工、石油、造纸、纺织、香精香料、制药废水、市政污水等生化排水的深度处理，也可应用于该类废水的提高可生化性。

Ø 废水预处理：将废水中难生物降解的有机物断链断键及分解为小分子有机物，提高废水的可生化性，利于二次生化。达到降低COD、提高可生化性、脱色等；

Ø 深度处理：用于生化出水的深度处理，强化降解剩余COD，实现矿化，达成废水提标排放或回用。实现降低COD、提高可生化性杀菌、消毒、脱色、除异味等。

四、技术路线和系统构成

主要设备（部分可选）：

本催化臭氧高级氧化系统，主要由以下单元构成：臭氧发生器、液氧罐（或压缩空气/氧气）、在线臭氧分析仪（气相）、臭氧尾气破坏器、催化中心反应器、催化剂、水泵、气态臭氧质量浓度仪（BMT964)、气态臭氧质量流量计（E+H/AT70F)、水中臭氧浓度仪（W&T/OZ7)、臭氧微孔曝气装置，石英砂过滤器等。以上系统配置，可根据实际情况增减子单元。

五、本催化臭氧高级氧化系统优势² 处理效果好，COD去除率高达50%～80%。

² 运行成本低，臭氧投加量与去除COD总量的比值为1～2（视不同污染因子而定），大幅降低了臭氧投加量。以绍兴水处理发展有限公司印染废水深度处理为例，将其印染废水二沉池出水COD由150mg/L去除至60mg/L，其运行成本约为1.5元/吨水。

² 反应速度快，大幅降低了反应器的体积。反应过程有大量的羟基自由基产生，其与大多数有机物反应的速率常数在108M-1·S-1--1010M-1·S-1。

² 尾气内部自行处理不会产生二次污染，污泥产量极低。金属离子溶出微量，不影响处理水质，易于操作管理，同时不需要引入其它能量，减少了工程造价。同时污泥产量极低。

² 可提高废水的可生化性。有效破坏不饱和结构，显著提高废水可生化性。

² 应用范围广，几乎所有的污水都可以采用。

² 100%有效成分，使用寿命长。

² 对如苯胺、硝基苯、邻苯二甲酸类等含有苯环、胺基、偶氮等基团的有毒有机污染物,以及难以生物降解的物质处理效果明显。

六、MNMR催化臭氧高级氧化系统开发设计体系6.1 系统操作参数