剩余臭氧气体分解实验研究

剩余臭氧气体分解实验研究 初庆东 , 　白敏冬 , 　白希尧 (大连海事大学环境工程研究所 ,大连 　116026) 摘　要 :应用强电离介质阻挡放电技术产生的高浓度臭氧气体 ,溶于水后生成的高浓度臭氧水 ,是一种强氧化剂 ,在工业上广泛应 用。然而常用的混合器中臭氧不可能被完全利用 ,排出的剩余臭氧气体的浓度较高 ,远大于一类区浓度限值 0. 16mg/ m3。论述一种利 用分子筛吸附与加热相结合的分解 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,具有良好效果 ,且设备简单易操作 ,已应用于小型高浓度臭氧水产生设备配套装置中。 关键词 : 剩余臭氧 ; 　等离子体 ; 　分子筛 ; 　吸附 ; 　分解 中图分类号 :X701 　　文献标识码 :A 　　文章编号 :100326504 (2002) 0320001203 　　臭氧具有杀菌、脱色、除味的作用 ,又不存在任何 残留物 ,是理想的绿色氧化剂 ,具有很多用途。近几年 来 ,由于气体放电学、材料学、等离子体化学等学科的 快速发展 ,促使臭氧产生技术有了迅猛地提高 ,臭氧产 生浓度从 20g/ Nm3 增高到 200g/ Nm3 ,臭氧水产生设 备体积也减少到原来的 1/ 5 左右[1 ] ,臭氧的使用更加 简便 ,应用范围也更加广阔。然而臭氧属于有毒性的 气体 ,它能在人体中生成自由基 ,破坏器官的氧化过 程 ,使人体组织释放出新肾上腺素和运动徐缓素 ,引起 头痛、胸闷、头晕、血压降低等。我国国家标准规定一 般工作区大气中的臭氧极限允许浓度为 0. 16mg/ m3 ( GB 309521996) 。在水处理应用中 ,由于臭氧不可能 被完全溶解 ,总是有一部分剩余臭氧气体被排放到大 气中 ,有些处理设备排出的剩余臭氧气体的浓度甚至 远远超过该允许浓度。这就需要臭氧技术专家寻找一 种简便有效的去除剩余臭氧气体的方法。 1 　实验原理与方法 1. 1 　目前常用的臭氧分解方法[2 ] 1. 1. 1 　热分解法 热分解法是当前用于消除剩余臭氧使用最广泛的 技术。臭氧气体在 30 ℃即开始热分解 ,高于 300 ℃时 , 1 ～ 2s 内达到 100 %分解。常采用的单通道电阻加 热 ,是一种具有很大处理能力 ,易自动化和简单连续操 作的工艺。 1. 1. 2 　吸附分解法 吸附剂具有很大的比 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面积 ,能够使臭氧气体分 子附着在其表面上 ,从而加强自身分解效应。目前最 常用的吸附剂是活性炭和分子筛。应注意的是 ,有些 基金项目 :国家自然基金重点资助项目 (60031001) ,国家自然基金资助 项目 (69871002) 作者简介 :初庆东 (1975～) ,男 ,研究生 ,从事等离子体化学在环境保护 领域中的应用研究。 杂质尤其是挥发性有机物能够富集在吸附剂表面 ,使 吸附剂失活。因此需要保证吸附剂和气体的清洁性。 1. 1. 3 　催化分解法 工业上常采用第 IV 族元素的氧化物及在其基础 上生成的混合物做催化剂 ,它可使臭氧的分解过程加 快上千万倍。以锰为主要成分制成的催化剂非常有 效。一般将活性催化剂包在支撑体上便于操作。国外 有人采用碳支撑 MnO22Fe2O3 结合制造的催化剂进行 臭氧分解 ,效果显著[3 ] 。 1. 2 　本实验采用的实验方法及设备 本实验以大连海事大学环境工程研究所制造的臭 氧水产生设备作为研究对象 ,该设备体积小、产生浓度 高 ,达到国外同类产品先进水平。实验目的是将加热 与吸附联合作用的分解效果与单纯加热或单纯吸附分 解效果作一下对比 ,并根据最好效果的参数来制造可 应用于该臭氧水设备的尾气分解装置。装置流程如图 1 所示 ,氧气瓶出来的纯氧以一定流量进入臭氧发生 器 ,在强电场作用下生成高浓度臭氧气体 ,该气体通入 水箱在混合器作用下充分溶解生成高浓度臭氧水 ,未 溶解或溢出的臭氧尾气就由排气口进入分解装置 ,进 行分解后排放。在实际实验中 ,我们省略臭氧气体的 溶解过程 ,直接用臭氧发生器产生的臭氧进行分解实 验。主要实验仪器有 :自制外热式加热管 ,分子筛。主 要实验检测设备有 :1. 德国产 Testo 气体在线检测仪 ; 2. 瑞士产 Orbisphere Labor 臭氧检测仪。 2 　实验结果与讨论 臭氧水设备稳定运行时 ,气体流量为 0. 15m3/ h , 测定剩余的臭氧气体浓度在 4. 0 g/ m3 左右。在此气 体流量下 ,选择 0～15. 0g/ m3 的浓度范围进行实验。 2. 1 　使用分子筛分解臭氧 分子筛放在密闭管内 ,通入 8. 0g/ m3 臭氧气体 , 测量分解后的臭氧浓度 ,结果如图 2 所示。该图横坐 ·1· 剩余臭氧气体分解实验研究 　初庆东 ,等 1. 氧气瓶 2. 流量计 3. 高压发生器 4. 臭氧发生器 5. 水箱 6. 臭氧水混合器 7. 剩余臭氧分解器 图 1 　尾气分解流程图 标表示臭氧气体通过吸附装置的时间 ,纵坐标表示分 解后检测的臭氧浓度。分子筛因为具有很大的吸附表 面积 ,可以增加臭氧在分解装置内的停留时间 ,加强其 自分解效应。在通气的初始阶段分解作用明显 ,但是 在吸附一段时间后 ,分子筛的吸附能力逐渐饱和 ,直至 丧失分解效用 ,这个过程需要 15min 左右。这样不可 避免的要求 :1、吸附剂要及时地更换 ,再生。2、吸附剂 有合适的工作环境才能保证吸附剂的吸附效果最佳。 尤其当气体湿度较高时 ,吸附剂会过早失活。因此 ,在 剩余臭氧量大、浓度高 ,条件恶劣的情况下 ,单纯使用 吸附剂就不太适宜。 图 2 　臭氧浓度与吸附时间关系图 2. 2 　使用加热方法分解臭氧 当气体流量 (Q)为 0. 15m3/ h 时 ,加热管一般需预 热约 30min。利用臭氧气体发生装置模拟不同浓度的 剩余臭氧气体 ,通过可调温加热管在不同温度下分解。 在温度稳定后 ,用臭氧检测仪测得出口气体浓度。图 3 表示臭氧进气在三种不同浓度时温度与臭氧分解的 关系。从图 3 可以看出 ,加热温度越高 ,剩余臭氧的浓 度也就越低 ,三种进气浓度都有相同的趋势。当加热 管温度达到 320 ℃时 ,臭氧气体分解后的浓度都已降 到 0. 1g/ m3 以下。加热管的容积 (V) 约为 10 - 4 m3 ,据 此计算气体在加热管中的停留时间 : T = V/ Q = 10 - 4/ 0. 15 = 6. 67 ×10 - 4 h = 2. 4s , 大于 2s ,320 ℃时臭氧可 以完全分解。可见虽然温度越高效果越好 ,但是如果 气体有足够停留分解时间 ,加热超过 300 ℃就没有必 要了。 图 3 　温度与臭氧分解关系曲线图 2. 3 　分子筛吸附和加热联合作用分解臭氧 进气浓度为 10g/ m3 时 ,在加热管中放入分子筛 , 在不同温度下进行分解。图 4 中横轴为臭氧气体通过 图 4 　联合作用分解臭氧效果图 被加热的分子筛所用时间 ,纵轴为分解后臭氧浓度 ,三 条曲线是分别在 100 ℃,150 ℃和 200 ℃下进行实验所 得。从图 4 可以看出 ,臭氧分解后浓度基本上都在 0. 5g/ m3以下 ,而这是在排气口直接测得的温度。实 际运行中 ,将排气口放置室外 ,所排气体瞬时扩散在周 围大气中 ,臭氧浓度还将被稀释几百倍 ,这就可以满足 国标规定的一类区 0. 16mg/ m3 浓度的限值了。从图 4 还可以看出 ,由于分子筛的饱和现象 ,30min 左右有 比较大的提升 ,50min 分子筛完全饱和时浓度才基本 稳定。200 ℃下臭氧的浓度就非常低 ,当温度达到 250 ℃时 ,则无法检测到剩余臭氧 ,可以认为已经被完 全分解。可见填加分子筛对提高加热效果影响显著 , 分子筛吸附了一部分臭氧 ,延长了臭氧在加热管中的 停留时间 ,使得臭氧有充分时间吸热分解 ;同时 ,吸附 在分子筛上的臭氧受热快速分解 ,也使分子筛及时恢 复活性 ,延长了使用寿命。值得注意的是 ,臭氧及混合 气体中主要成分氧气极易助燃 ,所以选用活性炭作为 吸附剂并同时加热来分解臭氧的方式有发生爆炸的危 险 ,不适合采用。另外 ,实际应用中剩余尾气往往含有 大量水分 ,需要在装置的工艺设计中考虑加上去湿结 构。 3 　结论 强电离放电形成方法及其产生臭氧的等离子体反 应过程的研究 ,促使产生臭氧的方法有了突破性进展 , 推动了高浓度、大产生量的臭氧产生装置的开发 ,臭氧 (下转第 21 页) ·2· 环境科学与技术　第 25 卷　第 3 期　2002 年 5 月 有三类 ,即木质素、聚戊糖和总碱。木质素分子量较 大 ,在黑液中主要以 R2ONa 和 R2COONa 形式存 在[1 ] 。因而木质素分子含有带负电荷的基团 ,在适当 条件下可与带正电荷的表面位以库仑力结合形成外配 位表面络合物 ,发生化学吸附及絮凝作用而从废水中 脱除 ,从而达到了造纸黑液预处理脱除木素的目的。 而黑液中的聚戊糖类物质不含阴离子基团 ,不能吸附 脱除 ,可通过下一级生化法进行处理。 由于木质素是造纸黑液中的主要生色物质 ,吸附 法可脱除大部分木素 ,而不能脱除聚戊糖类有机物 ,因 而在该方法中色度去除率很高 ,而 CODCr去除率较差。 3 　结论 (1)新生态 MnO2 XS - 1 和 XS - 2 对造纸废水的 处理效果较好。比较而言 ,XS - 1 样品制备方法简单 方便 ,条件温和 ,更适宜作为废水处理药剂 ,具有一定 的应用前景。 (2)条件试验表明 ,p H 值对 XS - 1 处理效果影响 最大 ,投加量和温度影响程度较小。在 p H 值小于1. 5 时 ,投加量为 50mg/ 100mL 、初始 CODCr为 3680mg/ L 、 色度为 650 倍的造纸废水 ,CODCr去除率可达 60 % ,脱 色率可达 91 %。 (3)新生态 MnO2 对造纸废水的作用机理是质子 化表面的吸附与絮凝作用。 [参考文献 ] [1 ] 　潘碌亭 ,朱亦仁. 液膜分离在造纸黑液治理中的应用[J ] . 环境科学学报 ,1998 , 18 (4) :445～448. [2 ] 　Daojing Wang , Jin Y S , Marcos A C , et al. Manganese Dioxide as a Catalyst for Oxygen2independent Atrazine Dealkylation [ J ] . Environ. Sci. Technol , 1999 , 33 ( 8 ) : 3160～3165. [3 ] 　Klausen J , Haderlein S B , Schwarzenbach R P. Oxidation of Substituted Anilines by Aqueous MnO2 : Effect of Co2so2 lutes on Initial and Quasi2Steady2State Kinetics [J ] . Envi2 ron. Sci. Technol. , 1997 ,31(9) :2642～2649. [4 ] 　Baldwin D S , Beattle J K , Coleman L M , et al. Hydrolysis of an Organophosphate Ester by Manganese Dioxide [ J ] . Environ. Sci. Technol , 2001 ,35(4) :713～716. [5 ] 　刘瑞霞 ,汤鸿霄. 不同染料化合物在天然锰矿界面的脱 色特性[J ] .环境化学 ,2000 ,19 (4) :341～347. [6 ] 　马子川 ,谢亚勃. 二氧化锰分析方法的改进 [J ] . 河北师范 大学学报 (自然科学版) ,2001 ,25 (1) :83～85. [7 ] 　国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会. 水和废水 监测分析方法[ M ] . 北京 :中国环境科学出版社 ,1980. (收修改稿日期 :2001211222) (上接第 2 页) 的应用也更加广泛[4 ] 。但是伴随而来的剩余臭氧问 题急需解决。最近日本专家基于一价铜和二价铜之间 氧化还原作用原理制造的臭氧分解器 ,需要在 470 ℃ 下运行 ,才能使臭氧完全分解[5 ] 。与之相比 ,本文所 介绍的方法吸收了吸附分解和热分解的优点 ,完全分 解臭氧所需温度更低。而其他多种采用复合催化剂的 分解设备 ,由于结构和工艺复杂 ,不适于小型化臭氧装 置采用。相比之下 ,使用本文介绍的方法制造的剩余 臭氧分解设备 ,分解效果明显 ,结构简单易操作 ,更适 应于臭氧制备的高浓度小型化趋势 ,已在大连海事大 学生产的小型高浓度臭氧水产生设备配套分解装置中 得到应用。 [参考文献 ] [1 ] 　白敏冬 ,白希尧 ,初庆东 ,等. 高浓度臭氧水研究 [J ] . 环 境工程 , 2000 ,18 (4) :7～9. [2 ] 　R G 赖斯 ,A 涅泽尔. 臭氧技术及应用手册 [ M ] . 北京. 中国建筑工业出版社 ,53～78. [3 ] 　Heisig , Christopher. Decomposition of ozone using carbon2 supported metal oxide catalysts [ J ] . Applied Catalysis B : Environmental ,1997 ,14(122) :117～129. [4 ] 　张芝涛 ,韩慧 ,初庆东 ,等. 强电离放电产生臭氧气体的 方法[J ] . 环境科学 ,2001 ,22 (2) :126～128. [ 5 ] 　Nonaka , H. A new ozone decomposition method using redox reactions of transition metals[J ] . Journal of the Vacuum So2 ciety of Japan ,2001 ,44 (3) :221～224. (收修改稿日期 :2002201214) ·12· 新生态 MnO2 的制备及处理造纸废水的实验研究 　马子川 ,等 Experimental Study on Residue Ozone Gas Decomposition CHU Qing2dong , BAI Min2dong , BAI Xi2yao ( Envi ronmental Engineering Research Institute , Dalian M aritime U niversity , Dalian 116026) Abstract : High concentration ozone is generated when using the technology of resistive discharge of strong electro2ionization media to produce strong ozone water. This kind of water has found wide range of applications in industry due its component of strong oxi2 dant . However , the residue ozone in high concentration is environ2 mentally hazardous , which very often exceed the maximum accept2 able concentration (0. 16mg/ m3 ) in compliance with the national standard. This paper describes an experiment to investigate the de2 composition method by combining molecular sieve adsorption and heating. It has been showed that the method is efficient and easy to operate. Key words : residue ozone ; molecular sieve ; adsorption ; decompo2 sition Non2equil ibrium Self2organization Theory and Its Application in Urban Environmental System SU Xiao2kang , ZEN G Guang2ming , HUAN G Guo2he , L I Jian2bing ( Depart ment of Envi ronment Science and Engineering , Hunan U niversity , Changsha 410082) Abstract : In this paper , self2organization theory is described in as2 sociation with its application to urban environmental system , some examples are cited. The characteristics of quantitative analysis in modelling using the theory are discussed. Key words : non2equilibrium self2organization theory ; urban envi2 ronmental system ; characteristics Eff icient and Easy2to2operate Wet FGD : Its Pilot and Full2scale Experiments WAN G Zu2wu , WAN G Cong2ling , HUAN G Li2xin , L UO Yun2bai ( W uhan U niversity , W uhan 430072) Abstract : This paper presents the pilot experiment and a full2scale industrial experiment of wet FGD using 32phase fluidized bed tech2 nology. Both the pilot experiment and the full2scale experiment in a 125MW power plant indicates that desulfurizing efficiency is up to 85 % , de2dusting efficiency over 98 % , pressure drop within the acceptable range and with no carry2over mist droplets in the ex2 haust . Factors affecting de2sufurizing , de2dusting efficiencies and pressure drop were also discussed. Key words : three2phase fluidized bed ; flue gas desulfurization ( FGD) ; de2dusting ; industrial experiment Characteristics of Adsorption of Mineral Oils on Loess SHI Hong2xing , HUAN G Ting2lin ( School of Envi ronmental and M unicipal Engineering , Xi’an University of A rchitecture and Technology , Xi’an 710055) Abstract : Laboratory static experiments were conducted to investi2 gate the adsorption capacity of loess for mineral oils. The results show adsorption of oils on loess conform to Henry isotherm with partition factor of 134. 07 and very high adsorption velocity , ap2 proaching equilibrium in just 10 minutes. In this paper , effects of SS , temperature , p H and total dissolved salts ( TDS) on the ad2 sorption were also discussed. Key words : pollutant of oils ; loess ; adsorption ; static experiment Mixing Pattern Analysis of Anaerobic Reactors for Biological Wastewater Treatment SHEN Yao2liang1 , WAN G Hui2min1 , ZHAO Dan2 , WAN G Cheng2wu3 (1. Hehai U niversity , N anjing 210098 ; 2 . S uz hou Institute of U rban Const ruction and Envi ronmental Protection , S uz hou 215011 ; 3 . S uz hou Envi ronmental Protection B ureau , S uz hou 215011) Abstract : Complex mixing pattern has been regarded as the main trend in design and development of anaerobic reactor process. This paper highlights hydro2dynamics analysis and design considerations of anaerobic reactors , giving details of SMPA , a new2typed anaer2 obic reactor. Suggestion for improving design of anaerobic reactor process is put forward. Key words : biological wastewater treatment ; anaerobic process ; mixing pattern Natural Radio2nucl ides Content Prof ile in Soil and Rock of Southeast Fujian HU Gong2ren , YU Rui2lian ( Depart ment of Envi ronmental Science and Engineering , Overseas Chinese U niversity , Quanz hou 362011) Abstract : This paper reports on the survey of natural radio2nu2 clides in soil and rock conducted in Southeast Fujian. The points for sampling are similar to those for measuringγradiation dose rate of the environment . The radio2nuclides measured include 238 U , 236 Ra , 232 Th and 40 K , and their levels vary greatly for different soils and rocks. For 238 U , 236 Ra , the ranking of radio2nuclides content is granite , the highest followed by middle2acid volcanic rocks , metamorphic rock and basic rock ; whereas for 232 Th and 40 K mid2 dle2acid volcanic rocks ranks first , followed by granite , metamor2 phic rock and basic rock. This profile is basically consistent with Environmental Science and Technology Vol. 25 , No. 2 , May 2002 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Abstract