《金属硅酸盐催化臭氧氧化水中难降解污染物的关键技术研发及应用》

自2014年以来,项目组针对水体中难降解有机污染物的处理,通过产、学、研、用一体化的创新研究,主持完成了国家自然科学基金青年基金项目1项、河南省高校重点科研项目2项,成功研制了催化活性高、无需负载的金属硅酸盐催化剂,并成功开发了采用“金属硅酸盐催化臭氧氧化去除水中有机污染物”的水处理新技术工艺。该项目的研究成果,为污水处理与资源化,以及饮用水的深度处理提供了新的思路和途径,推动了水处理行业的技术进步和水环境的健康发展。

1、主要技术内容:

(1)制备出了一种新型,无需负载的,表面含有大量羟基、催化活性高、可回收利用的金属硅酸盐催化剂,开发了“金属硅酸盐催化臭氧氧化工艺”,突破了现有催化臭氧氧化工艺无法实现催化剂回收利用、催化剂催化活性低和难以在实际水处理工艺中推广应用的关键技术难题。(2)提出了“基于金属硅酸盐表面羟基诱导表面活性物种形成,并实现难降解有机污染物降解的硅酸盐臭氧催化氧化除污染”作用机制,创建了“提高臭氧分解速率,快速降解有机污染物”的工作机制,突破了现有非均相催化臭氧氧化工艺机理不明确的共性关键技术难题。(3)创制了“硅酸盐催化剂规模化制备技术”和“硅酸盐催化臭氧氧化实际水处理工艺系统”,突破了现有催化臭氧氧化技术操作困难,催化剂难以回收等严重影响催化臭氧氧化技术在水处理工艺中推广应用的突出问题。

2、授权专利:

授权国家发明专利4项,发表SCI论文6篇,其中一区论文1篇,二区论文2篇,三区论文1篇,四区论文2篇,累计他引30次,其中两篇论文分别获河南省教育厅2019优秀论文奖一等奖,三篇论文分别获得河南省自然科学学术论文奖一、二、三等奖;该项目获河南省教育厅2019科技成果二等奖。

3、技术经济指标:

经国内专家鉴定和国家权威机构查新,该项目成果的技术水平达到了国内领先。与国内同类技术相比,关键技术的指标均优于国内现有技术:有机污染物的去除时间15~30min(国内60~120min);硅酸盐催化臭氧氧化对水体中有机物的去除率99%以上(国内85%左右),单独臭氧氧化通常在50%左右;TOC的去除率60%以上(国内30%左右),单独臭氧氧化TOC的去除率通常在20%左右;催化剂无需负载,直接造粒应用(国内催化剂需要负载后才能实际应用)。

4.应用推广及效益情况:

实现了规模化生产与推广应用,取得了显著的社会经济效益。2016~2018年,10家污水处理厂采用该项目开发的新工艺。近三年,该项目所开发的新工艺共实现新增销售额5543.3万元,新增利润1458.3万元。预计到2021年,该项目新工艺在河南省污水处理厂中的应用规模达到60%以上。该项目的成功研究不仅保证了水体中难降解有机污染物的去除,而且能够提高污水的回用率。在达到相同的排放标准的情况下,该工艺运行时间短,占地面积小,运行费用低,电能的消耗少,能够带来理想的经济效益。

该工艺的推广使用,不仅可以响应国家节能减排的国策,有利于缓解日益增长的水资源危机和环境危机,同时该工艺也为水资源的最大化利用提供了新的方法。

成果说明

2016年以来,河南衡建建设工程有限公司、河南华豫环境工程有限公司和河南同生环境工程有限公司等合作单位将中原工学院开发的该项目核心技术成果——硅酸盐催化臭氧氧化工艺,大规模的推广应用于水处理的实际工艺中,实现了该项目所涉及工艺的规模化推广应用。 2016~2018年,河南衡建建设工程有限公司利用该工艺改建和新建污水处理厂4座,降低了污水处理投资费用,一次性投资费用减少75%,折合人民币300万元;实现了节电目标,折合人民币15万元;极大地减少了占地面积,占地面积减少80%左右。该工艺的加入每年多增加回用

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