催化湿式氧化法处理DMF工业生产废水的研究

摘要

湿式氧化技术是在高温、高压的条件下处理高浓度、有毒有害、难降解有机工业废水的技术，由于操作条件比较苛刻，使得湿式氧化技术的广泛应用受到了限制。在此基础上发展了催化湿式氧化技术，它是将待处理废水置于密闭容器中，加入适宜的催化剂，在一定的温度压力下，以纯氧或空气中的氧气为氧化剂，将废水中的有机污染物分解为CO2、H2、N2和水等无机物或小分子有机物的化学过程。该技术能够温和反应条件，即能够降低反应温度和压力，缩短反应时间，提高氧化效率，因此受到广泛重视。研制高效、稳定催化剂的研究已成为目前催化湿式氧化技术的研究热点。
　　 本文以河南某化工企业的DMF工业生产废水为实验对象，通过催化湿式氧化技术对其进行处理，寻找适合处理该废水的廉价、高效、适宜的催化剂，并针对该催化剂对催化湿式氧化法处理该废水的工艺条件进行了考察和优化。
　　 本文开展的工作主要有以下几个方面的内容：
　　 1.湿式氧化法处理DMF工业生产废水的研究
　　 利用氧气做氧化剂，处理DMF工业生产废水，考察了氧气分压、反应温度、反应时间、废水初始pH值等工艺条件对处理效果的影响，得到在氧气分压为3MPa、反应温度240℃、废水初始pH值为中性，初始浓度为15262.4mg/L的条件下，反应4h，去除率达到80％以上。
　　 2.适用于CWAO处理DMF工业生产废水催化剂的制备与表征
　　 (1)采用浸渍法制备了Cu-Cr-Mn/γ-Al2O3复合型催化剂。根据氧化催化原理选择了CuO作为催化剂的主活性组分，通过与Cr、Mn氧化物进行复合，负载于γ-Al2O3载体上，制备出复合型催化剂。研究表明，Cu-Cr复合催化剂有较好的催化活性，CODcr去除率由单组分CuO的58.3％提高到66.2％；碱金属助剂MnO2的加入，使复合型催化剂的CODcr去除率由66.2％提高到80.6％。
　　 (2)优化了复合型催化剂中活性组分的配比，并在此基础上考察催化剂的制备工艺(焙烧温度、焙烧时间)对催化效果的影响，得出了较优配比与适宜的制备工艺条件。
　　 3.在确定了高效复合型催化剂的基础上考察了工艺条件对DMF工业生产废水去除率的影响
　　 (1)系统的考察了反应工艺条件(氧气分压、反应温度、反应时间、废水初始pH值)对废水CODcr去除率的影响，得到在氧气分压为3MPa、反应温度为200℃，初始pH=7.04，初始CODcr浓度为15262.4mg/L的条件下，反应120min，CODcr去除率达到95％。
　　 (2)在优化工艺条件的同时，考察了催化剂的稳定性，结果表明在间歇反应中连续使用10次后，CODcr去除率仍达到86％以上。表明催化剂具有较高的活性与稳定性。
　　 4.在小试的基础上，设计工业处理装置，估算反应器体积、换热器面积、每小时需要蒸汽量以及每小时的需氧量。在此基础上计算处理成本。一系列结果可以说明，催化湿式氧化法处理DMF工业生产废水是一种简单经济的方法。