第十三屆北京國際水處理展覽會(簡稱：北京水展)于10月9日盛大開幕，本次展會匯聚了600多家參展企業(yè)和超過1.5萬件展品，吸引了超過2萬多名專業(yè)觀眾。遼寧一諾環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司攜公司最新科技成果-UED智能一體化設(shè)備亮相本次水展，引來眾多企業(yè)客戶及環(huán)保同行的關(guān)注。
展會期間，集團(tuán)總工程師劉金泉在“2024中國煤化工水處理技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展論壇”中發(fā)表演講，演講題目為《UED電催化氧化技術(shù)在“三高”工業(yè)廢水處理中的研究與工程應(yīng)用》，為高難廢水處理提供解決方案。
借此次北京水展之機(jī)，本文采取專業(yè)問答的形式，帶您深入了解UED設(shè)備，為您揭開其神秘面紗。
Q：什么是UED智能一體化設(shè)備？
A：UED智能一體化設(shè)備是一類融合了高性能材料、工藝集成、智能電控、智慧云平臺四位一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，其本質(zhì)上屬于高級氧化技術(shù)的一種，也是電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)分支，它采用FCD電極(功能導(dǎo)電金剛石)為陽極，在接通低壓電情況下，可瞬間產(chǎn)生大量強(qiáng)氧化性物質(zhì)如羥基自由基(OH·)等，將復(fù)雜的有機(jī)分子快速分解并最終轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水，其反應(yīng)速率較常規(guī)高級氧化技術(shù)提高3-5倍，且對有機(jī)分子的分解更為徹底，是去除各類“三高”廢水(高含鹽、高生物毒性、高濃度)的理想工藝選擇。
Q：UED這個(gè)名稱有什么含義？
A：UED是英文Ultimate Electrocatalytic Decomposer的首字母縮寫，意為一種終極的用于分解有機(jī)污染物的電催化氧化技術(shù)，我們認(rèn)為該技術(shù)是目前已知的最先進(jìn)和最清潔的廢水處理技術(shù)，故此得名。
Q：電化學(xué)氧化技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)有大量的研究，UED與傳統(tǒng)電化學(xué)氧化技術(shù)相比，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有哪些？
A：長期以來，我國眾多的水處理從業(yè)人員和學(xué)者對電化學(xué)氧化技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，研究的焦點(diǎn)無一例外都集中于電極材料的開發(fā)，研究方向基本是圍繞“兩個(gè)時(shí)間、兩個(gè)成本”來開展：兩個(gè)時(shí)間，一是如何縮短反應(yīng)時(shí)間，即提高電極的催化氧化能力和其對污染物的降解能力；二是如何延長使用時(shí)間，即提高電極的穩(wěn)定性和對極端條件的適應(yīng)能力，保證其使用壽命。兩個(gè)成本，一是如何降低電極的制造成本；二是如何節(jié)約電催化氧化技術(shù)的處理成本。
基于此，一諾環(huán)境研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過數(shù)年努力，突破了金剛石電極材料合成的核心“卡脖子”科技，打破了美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家的技術(shù)壟斷，掌握了FCD薄膜界面生長控制機(jī)制，自主研發(fā)出高性能薄膜級FCD多晶體生長系統(tǒng)裝備，開發(fā)出具有極強(qiáng)催化氧化能力和超強(qiáng)穩(wěn)定性能的FCD電極，實(shí)現(xiàn)了長期以來困擾人們的時(shí)間與成本的相互協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。
Q：什么是FCD電極？
A： FCD的全稱是Functional Conductive Diamond，即功能導(dǎo)電金剛石，它是在傳統(tǒng)摻硼金剛石材質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過加入復(fù)合石墨烯等材料，使得其導(dǎo)電性和穩(wěn)定性能得到極大的提升，是目前電催化氧化工藝中理想的電極選擇。
Q：與常規(guī)的高級氧化技術(shù)如臭氧、芬頓、濕式氧化等相比，UED設(shè)備的有哪些技術(shù)優(yōu)勢？
A：與常規(guī)高級氧化技術(shù)相比，UED設(shè)備的優(yōu)勢體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是氧化能力超強(qiáng)，可以在極短時(shí)間內(nèi)通過催化作用產(chǎn)生大量的強(qiáng)氧化劑如羥基自由基，理論上可與所有類型的有機(jī)物發(fā)生快速反應(yīng)，且反應(yīng)較為徹底；二是清潔，整個(gè)過程只需用電，無藥劑消耗，無污泥等二次污染產(chǎn)生；三是反應(yīng)條件溫和，常溫常壓下反應(yīng)，反應(yīng)過程安全、可靠。
Q：UED設(shè)備可以去除哪些類型的污染物？
A：由于UED技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理以電催化氧化為主，因此理論上可以去除所有具有還原性的物質(zhì)，包括COD、BOD、氨氮、氰化物、色度等，同時(shí)對多種新污染指標(biāo)如持久性有機(jī)污染物(POPs)、內(nèi)分泌干擾物(EDCs)及抗生素等都有較好的去除能力。
Q：UED設(shè)備的反應(yīng)機(jī)理是什么？
A：UED電催化氧化技術(shù)降解有機(jī)物的途徑包括直接氧化和間接氧化。直接氧化是通過有機(jī)污染物吸附在陽極表面以電子轉(zhuǎn)移形式實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的氧化去除，有機(jī)物可直接轉(zhuǎn)變成CO2和H2O；間接氧化是通過在陽極表面間接產(chǎn)生自由基等活性中間產(chǎn)物或高氧化性的高價(jià)態(tài)金屬氧化物來實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的氧化
去除。
圖1 機(jī)理示意圖
降解污染物方式：
(1) 直接氧化：污染物在電極表面直接被氧化。
(2) 間接氧化：通過電化學(xué)反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的中間產(chǎn)物，來間接氧化降解污染物。
Q：UED設(shè)備適用于哪些行業(yè)的廢水處理？
A：我們對各種行業(yè)的生產(chǎn)廢水進(jìn)行了長期、系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)UED設(shè)備可以處理廢水的范圍非常廣泛，包括各類工業(yè)企業(yè)廢水如醫(yī)藥、農(nóng)藥、精細(xì)化工、煤化工、有色金屬、鋼鐵、焦化、新能源(如鋰電)、新材料、印染、食品、白酒、機(jī)加工、危廢處置中心及垃圾滲濾液、工業(yè)園區(qū)達(dá)標(biāo)處理與廢水應(yīng)急處理等，但考慮到適用性和經(jīng)濟(jì)性，建議在一些高鹽分、高濃度、高生物毒性廢水處理中應(yīng)用，更能體現(xiàn)出其技術(shù)優(yōu)越性和不可替代性。
Q：UED設(shè)備可應(yīng)用于廢水處理流程中的哪些環(huán)節(jié)？
A：UED設(shè)備因其強(qiáng)大的催化氧化能力，可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有工藝流程的無縫銜接，基主要應(yīng)用包括以下三個(gè)環(huán)節(jié)：一是用于源頭處理，針對一些企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的少量超高濃度廢水，如果與其他廢水混合處理，勢必將增大綜合廢水的處理難度，此時(shí)可以采用UED設(shè)備對其進(jìn)行源頭處理；二是進(jìn)行生化前的預(yù)處理，針對部分含有高生物毒性物質(zhì)的廢水，可采用UED設(shè)備對其進(jìn)行預(yù)處理，降解廢水中的生物毒性成分，提高廢水的可生化性，使其能夠滿足生化處理的需求；三是作為出水達(dá)標(biāo)排放的保障措施，針對部分工業(yè)企業(yè)或工業(yè)園區(qū)，雖然經(jīng)過一系列處理流程之后出水仍不達(dá)標(biāo)的情況，可采用UED設(shè)備對其進(jìn)行處理，將COD在數(shù)分鐘時(shí)間內(nèi)從200-500mg/L快速降低至30-60mg/L，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。此外，UED設(shè)備還可應(yīng)用于納濾或反滲透膜濃縮液的處理，或在廢水進(jìn)入蒸發(fā)器前去除TOC以提高結(jié)晶鹽的品質(zhì)等。
Q：UED設(shè)備有實(shí)際應(yīng)用的工程案例嗎？
A：我們目前在醫(yī)藥廢水、農(nóng)藥廢水、垃圾滲濾液、新材料生產(chǎn)廢水、白酒廢水、危廢處置中心等行業(yè)擁有數(shù)項(xiàng)工程案例，工程規(guī)模一般在5-100m3/d之間。
Q：UED設(shè)備的合作模式有哪些？
A：目前，我們針對UED設(shè)備采取兩種合作模式：一是采取EPC或設(shè)備銷售的模式，為客戶提供項(xiàng)目建設(shè)或系統(tǒng)設(shè)備集成；二是提供以UED設(shè)備為處理主體的一站式運(yùn)維服務(wù)，即全套設(shè)備由我司投資、建設(shè)及運(yùn)行管理，客戶僅需提供必要的水、電、場地等基礎(chǔ)條件，按實(shí)際處理效果及處理水量進(jìn)行計(jì)費(fèi)，以月度或季度為節(jié)點(diǎn)定期結(jié)算。該模式既解決了客戶初期投資高、資金壓力大的問題，同時(shí)充分發(fā)揮出UED智能一體化設(shè)備處理“三高”廢水的卓越性能，而且，我們還鄭重承諾“處理不合格不收費(fèi)”，使客戶的合法權(quán)益得到充分保護(hù)，一舉多得，是徹底解決客戶廢水處理難題的理想選擇。
Q：總結(jié)一下UED設(shè)備有哪些優(yōu)勢？
A：UED設(shè)備的主要優(yōu)勢包括以下幾點(diǎn)：
(1) 廣譜
普遍適用于各行業(yè)高難度廢水處理，且能耐受極端的原水條件(如高鹽、高生物毒性、高濃度)。
(2) 高效
超強(qiáng)的催化氧化分解能力，極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)有機(jī)分子的破環(huán)、斷鏈反應(yīng)。
(3) 靈活
源頭處理、預(yù)處理、達(dá)標(biāo)保障，可與常規(guī)工藝無縫銜接。
(4) 清潔
只需用電，無二次污染，常溫常壓運(yùn)行。
(5) 便捷
標(biāo)準(zhǔn)模塊裝備，無需土建及其他構(gòu)筑物，生產(chǎn)、安裝、維護(hù)極度便捷。
Q：UED設(shè)備目前在推廣與應(yīng)用中的最大問題是什么？是如何解決的？
A：目前，我們在推廣UED設(shè)備的過程中，發(fā)現(xiàn)它對于絕大多數(shù)“三高”廢水均具有卓越的處理效果，基本都可滿足用戶的處理需求。最大的問題在于其設(shè)備投資與運(yùn)行成本相較傳統(tǒng)工藝，仍顯得有些高，這也在很大程度上限制了該設(shè)備的推廣應(yīng)用。
針對這一問題，我們一方面在不斷優(yōu)化電極的生產(chǎn)工藝，以期降低電極成本；另一方面也在嘗試將UED設(shè)備與其他工藝進(jìn)行有機(jī)組合，充分發(fā)揮低成本技術(shù)的最大潛能，把最難處理的部分留給UED來處理，降低整體處理成本。相信隨著項(xiàng)目數(shù)量的增加和在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用的普及，我們的材料成本、加工成本等都會有一定幅度的下降，設(shè)備整體的投資也會逐步降低。
Q：展望一下UED設(shè)備在水處理行業(yè)的應(yīng)用前景
A：任何一項(xiàng)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用，一個(gè)最重要的前提是要找到其準(zhǔn)確定位與價(jià)值提供。從這個(gè)角度來講，UED設(shè)備從研發(fā)之初就致力于“三高”廢水的處理，并能在很多實(shí)際的應(yīng)用場景解決當(dāng)前其他技術(shù)解決不了的難題，因此可以說具備了在行業(yè)應(yīng)用與發(fā)展的必要條件。技術(shù)層面的問題解決了，剩下的就是如何降低投資與運(yùn)行成本的問題，這中間一定是需要一個(gè)過程，這個(gè)過程或長或短，但從長遠(yuǎn)看，UED設(shè)備在高難度廢水處理方面無疑具有極為廣闊的應(yīng)用前景。
