基本信息
- 项目名称：
- 含盐有毒有机化工废水新型高效处理技术及装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品所属技术领域为环保科技新技术新装备的研发。根据工艺强化、结构强化的原理和节能减排、安全环保的现实需求，研发高效、经济、安全、快速的“光电波催化催化”技术，首次创制成功成套工业化装置，并成功应用于化工、医药、农药、染料等行业的含盐有毒有机化工废水的处理，解决了一些重污染企业废水不能达标排放的老大难问题，该技术成果的广泛应用将有力地推动环境科技的进步，不仅具有显著的经济效益，更具有重大的环境和社会效益，必将为推动社会和谐稳定做出重要贡献。
- 详细介绍：
- 化工是我国的重要支柱产业，为我国经济的腾飞发挥了重要的作用。但是，由于化工行业的特点，每年排放大量有毒废水，其中有机毒物的排放量位居全国各行业之首。这些化工废水浓度高组分复杂，而且由于化工反应分离过程（如卤代、盐析、中和等）往往会产生大量含盐废水，造成化工行业的废水极难处理。对生态环境造成了极大的危害，严重威胁着饮用水安全和人民的生命健康。甚至影响了社会的和谐与稳定，引起了全社会的高度关注。 随着我国排污标准的不断提高，据不完全统计，仅在江苏太湖地区，就有一半以上的化工企业因缺乏有效的废水处理技术，废水处理设施落后，导致废水始终难以达标排放，面临着整改和关停的危险。因此，自主创新，研发先进技术对含盐有毒有机化工废水进行高效处理，对于化工行业的可持续发展，对保护生态环境、构建和谐社会意义十分重大。 近年来，针对有毒有机化工废水的处理技术，一直是研究的热点。由于生物法、传统的化学氧化法如吸附、膜分离等物化技术对复杂化工废水处理技术的适用性、有效性、经济性等方面的问题，高级氧化技术的研究与开发备受关注，湿式氧化技术、紫外光催化氧化技术、超临界水氧化技术、脉冲电晕技术等今年来研究较多。但是这些处理技术在有效性、经济性和安全性和成熟度、实用性等方面存在明显局限性，尤其是对含盐的有毒有机化工废水的处理，目前尚无经济有效的处理方法，是水处理领域关键技术难点。 因此，加紧对含盐有毒有机化工废水的达标处理关键技术进行重点研究攻关，尽快形成高效经济的成套技术装置已成为当前消除化工污染、保护水环境的一个最为迫切而重大的课题。本作品依靠大学生课外创新实验室的优良条件，自主创新，研发成功“含盐有毒有机化工废水新型高效处理技术及装置”，对有效控制化工污染、保护生态环境和人民生命健康、构建和谐社会、促进可持续发展具有重要意义。 本作品在对含盐有毒有机化工废水的水质特点、处理技术的难点进行认真研究、分析的基础上，面向化工行业及环保产业的关键重大技术需求，分别对相关单一高级氧化技术（如光催化氧化、Fenton催化氧化、微波催化氧化等）进行系统研究和条件优化，创新性的提出研究多技术协同用于含盐有毒有机化工废水的处理，开展了以光-波协同催化氧化技术为核心的含盐有毒有机化工废水新型高效处理技术的研究。利用微波能高效、快速的特点对有机物进行催化降解，同时利用微波的电磁波特性激发无极灯产生紫外光，结合紫外催化氧化技术进一步提高处理效果。同时，由于紫外光由微波能激发无极灯产生，克服了传统紫外灯能耗高，寿命短和启动慢等缺点；研制了适于本体系的炭基二氧化钛（TiO2/AC）催化剂和纳米二氧化钛覆膜(TiO2/Ti)功能材料，实现了在光波体系中大量强氧化性基团快速而持久的生成，大大增强了对难降解有机毒物的催化氧化效果。通过对光-波技术的深入研究和相关功能材料的研制，为此技术的工业化提供了强大的技术支持。通过反复研究和放大试验，成功创制了针对含盐有毒有机化工废水体系的新型高效处理成套装置。通过在反应器空间布局，结构优化设计与放大、功能催化材料与反应器的耦合、能量注入、自控与反馈保护系统等方面形成创新，实现对含盐废水中有机毒物的高效催化降解，大大降低废水的生物毒性、提高废水的可生化性，形成含盐有毒有机化工废水新型高效处理成套工业化装置。该装置处理效率高（特征污染物脱除率85～95%，处理后废水生物毒性EC50/%值达到60%以上）、处理成本低（3～8元/吨废水）、处理速度快（5～15min）、且能够在常压中温（反应温度低于80℃）下操作。适用于化工、医药、农药、染料等行业的含盐有毒有机化工废水，尤其是精细化工行业含芳香类有毒有机化工废水的处理，满足了化工行业对高效废水治理技术的亟需。从而为我国化工行业废水处理、污染控制和节水减排提供重要的技术支持。 目前光波协同催化氧化技术，国内外相关报道大多数停留在实验室阶段，鲜见工业化报道。只有武汉方元环境科技股份有限公司开发的高效物化组合技术与本技术类似，该技术使用微波能激发无极灯产生紫外光，利用产生的紫外光对印染废水废水进行光催化氧化。但是此技术并没有将光波技术进行有效的协同并应用于难降解的含盐有毒有机化工废水的处理，仅仅是光催化氧化技术中对光源的改进，与本技术原理存在较大区别。国外鲜见光波协同催化氧化技术的报道，只有美国一家公司有与本作品效果相近的装置，但是与本技术的原理存在较大区别，且设备价格单台在1000万元以上，同等规模下，是本作品设备价格的6倍以上。 本作品技术不仅一次性投资成本较同类设备低得多，而且运行成本也较低，设备操作简便、安全性好。已在南通泰禾化工有限公司、南京八幸药业科技有限公司、江苏双鹤集团有限公司等多家企业的含盐有毒有机化工废水的处理工程实践中，取得了显著的环境效益、经济效益和社会效益。本作品是目前化工行业废水处理急需的关键性创新技术。拥有自主知识产权，在国内属于首创，填补了国内空白。该技术成果的广泛应用将有力地推动环境科技的进步，不仅具有显著的经济效益，更具有重大的环境和社会效益，必将为推动社会和谐稳定做出重要贡献。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：化工是我国重要支柱产业，但由于化工行业的特点，每年排放大量有毒废水，并且由于卤代、盐析等反应过程，废水中常伴随大量盐份，极难处理，对生态环境造成极大危害。含盐有毒有机化工废水的处理目前尚无经济有效的技术，是水处理领域的研究热点和关键技术难点。加紧对该类废水处理关键技术重点研究攻关，尽快形成高效经济成套技术装置，是当前消除化工污染的一个最为迫切的课题。 基本思路：针对含盐有毒有机化工废水处理技术难点进行分析，分别对相关单一高级氧化技术系统研究，运用多技术协同原理，开展光波协同技术研发，形成含盐有毒有机化工废水新型高效处理技术。通过反复研究、放大试验、优化反应器结构、研制功能材料，系统集成，创制新型成套水处理装置。 创新点： 1、通过光波协同，实现在常压下体系中持续生成高密度强氧化性自由基团，大大增强对难降解有机毒物的催化氧化效果。 2、在能量注入、反应器结构优化、功能催化材料、自控与反馈保护系统等方面形成集成创新，创制光波协同新型高效催化氧化成套工业化装置。 技术关键和主要技术指标： 如何实现光催化与微波催化技术的高效协同；如何成功的减小放大效应、优化配置、系统集成，构建成套装置是本作品的技术关键。 本作品对含盐有毒有机化工废水，尤其是含芳烃类的有机废水处理效率高（特征污染物脱除率85～95%，处理后废水生物毒性EC50/%值降低60%以上）、处理成本低（3～8元/吨废水）、处理速度快（5～15min）、安全性好（常压中温，反应温度低于80℃）下操作。
科学性、先进性
- 本作品以光波协同催化氧化为核心，利用微波能激发无极灯产生紫外光，克服了传统紫外灯能耗高，寿命短和启动慢等缺点；结合炭基二氧化钛催化剂和纳米二氧化钛覆膜电极材料，实现了在光波体系中对含盐有毒有机废水的高效处理；通过巧妙的空间布局和结构优化，在能量注入、自控与反馈保护系统等方面形成创新，首次创制成功光波协同新型高效处理成套工业化装置。 目前光波协同催化氧化技术，国内外相关报道大多数停留在实验室阶段，鲜见工业化报道。只有武汉方元环境科技股份有限公司开发的高效物化组合技术与本技术类似。但此技术并没有将光波技术进行有效协同并应用于难降解含盐有毒有机化工废水的处理，仅是光催化氧化技术中对光源的改进，与本技术原理存在较大区别。国外鲜见光波协同催化氧化技术的报道，只有美国一家公司有与本作品效果相近的装置，但是与本技术的原理存在较大区别，且价格是本作品设备的6倍以上。本作品研发的技术及装置具有高效、经济、安全、快速等明显技术优点，处于国际先进水平，拥有自主知识产权，填补了国内空白。
获奖情况及鉴定结果
- 发明专利: 用于诱导催化氧化工艺的催化剂及其置备方法 公开号: CN 101185888A 发明专利: 一种处理有机毒物废水的强化氧化工艺及装置 公开号: CN 101148287A 发明专利：用于催化氧化的金属/二氧化钛催化剂及其制备方法 公开号: CN 101298045A
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 技术转让/技术入股
作品可展示的形式
- 图纸、图片、电脑展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：含盐有毒有机化工废水采用电磁泵打入反应釜，进水端设加药泵和管道混合器，整个处理过程受PLC中央控制系统控制，自控程度高，设有反馈保护系统，安全性高。 技术特点和优势：1、光波协同高效催化氧化技术，结合功能材料，持续产生高密度强氧化性基团，提高处理效果。2、光波协同催化氧化成套装置，巧妙设计、结构优化、自控与反馈保护、系统集成，对有机毒物达到的高效、经济、安全、快速处理。本技术拥有自主知识产权，国内首创。 适应范围：适用于化工、医药、农药、染料等行业含盐有毒有机化工废水，尤其是含芳香类有毒有机化工废水的处理。 推广前景、市场分析和经济效益预测：我国拥有大小化工企业近十万家，每年排出的有机毒物居各行业之首，处理难度极大，已引起全社会的高度关注，故亟需处理该类废水的关键技术和成套装置，且需求量极大。本作品成功研发的光波协同催化氧化新技术与新装置，对此类废水针对性极强，已成功应用于南通泰禾化工、南京八幸药业等多家企业，取得了显著的环境效益、经济效益和社会效益。
同类课题研究水平概述
- 国内外对含盐有毒有机化工废水的处理进行了广泛研究。形成的方法既包括物理、化学处理法以及生化处理法，也包括诸如湿式氧化法在内的高级氧化技术。然而，由于化工生产的复杂性，化工废水不仅成分复杂、毒性高，且往往含有大量盐份，极难处理。生化法由于生物受废水的毒性、pH、营养物质等条件限制，难以适应含盐有毒有机化工废水的水质特点，单纯或直接采用生化法往往难以达标。传统物理方法（如过滤、重力沉淀和气浮等）工艺简单，只能去除废水中不可溶性成分，对含盐有毒有机化工废水具有很大的局限。传统化学氧化法对溶解态有机毒物有一定处理效果，但运行成本较高且易产生二次污染；吸附法对组分较单一、浓度较低并且有机物具有回收利用价值的废水相当有效，但对组分复杂的含盐化工废水体系适用性受到严重限制，且处理成本相对较高；膜分离法虽可分离并资源化回收废水中的有用组分，但存在处理费用高，浓缩液需进行处理，易造成二次污染，再生周期短等缺点。高级氧化技术近年来研究较多，是一类能够有效处理有机化工废水的技术，目前研究较多的高级氧化技术主要包括湿式催化氧化，光催化氧化，超声催化氧化，微波催化氧化等。这些技术虽然有一定效果，但均存在明显局限性。如对废水水质（透明度，SS等）要求高，反应条件苛刻（300℃以上高温、200公斤高压），反应时间较长（3-5h），投资大，能耗高，运行费用高，装置不易放大，安全性差等缺点，目前鲜见大型工程化应用实例报道。因此，亟需研发能够高效经济处理含盐有毒有机废水，尤其是芳香类有毒有机化工废水的新技术及新装置。 本作品本作者在对含盐有毒有机化工废水的水质特点、处理技术的难点进行认真研究、分析的基础上，在分别对相关单一高级氧化技术进行系统研究和条件优化的基础上，运用多技术协同原理，研发了光波高效协同催化氧化技术并成功创制了成套设备。 目前光波协同催化氧化技术，国内外相关报道大多数停留在实验室阶段，鲜见工业化报道。国内只有武汉方元环境科技股份有限公司开发的高效物化组合技术与本技术类似。但是此技术与本技术原理存在较大区别。国外鲜见光波协同催化氧化技术的报道，只有美国一家公司有与本作品效果相近的装置，但是与本技术的原理存在较大区别，且价格是本作品设备价格的6倍以上。本作品研发的技术及装置具有高效、经济、安全、快速等明显技术优点，处于国际先进水平，拥有自主知识产权，填补了国内空白。
