污水处理氧化技术方法你了解多少

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废水处理氧化技术又称深度氧化技术,是利用电、光照射、催化剂,有时还与氧化剂结合,在反应中产生高活性自由基(如HO·),然后通过自由基与有机化合物之间发生加成、取代、电子转移、断键等作用,使水体中的大分子将难降解的有机物氧化降解为低毒或无毒的小分子物质,甚至直接降解为CO2 和 H2O,接近完全矿化。 目前的氧化技术主要有化学氧化、电化学氧化、湿式氧化、超临界水氧化和光催化氧化等。

化学氧化技术

污水处理中的化学氧化技术常作为生物处理的预处理。 一般在催化剂作用下,采用化学氧化剂处理有机废水,提高其可生化性,或直接氧化降解废水中的有机物,使其稳定化。

1.1芬顿试剂氧化法

这项技术起源于1890年代中期,由法国科学家HJ芬顿提出。 在污水处理的酸性条件下,H2O2在Fe2+离子的催化下可以有效氧化酒石酸[2],并应用于苹果酸的氧化。 长期以来,人们默认的芬顿原理是利用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂。 反应产生羟基自由基,其分子式为:Fe2++H2O2-Fe3++OH-+·OH,反应大多在酸性条件下进行。 。

在化学氧化方法中,芬顿法在处理一些难降解的有机化合物(如苯酚和苯胺)时表现出一定的优势。 随着Fenton法研究的深入,近年来将紫外光(UV)、草酸盐等引入Fenton法中,大大增强了Fenton法的氧化能力。

于志勇[3]等。 采用UV+Fenton法处理氯酚混合物,1小时内TOC去除率达到83.2%。 Fenton法氧化能力强,反应条件温和,设备简单,应用范围广泛。 但其存在处理成本高、工艺条件复杂、过程难以控制等缺点,使得该方法难以推广应用。

1.2 臭氧氧化法

臭氧氧化系统对于污水处理具有较高的氧化还原电位,可以氧化废水中的大部分有机污染物。 广泛应用于工业废水处理。 臭氧可以氧化水中的许多有机物,但臭氧与有机物的反应具有选择性,有机物不能完全分解为CO2和H2O。 臭氧氧化后的产物往往是羧酸有机物。 而且臭氧的化学性质极不稳定,尤其是在不纯水中,氧化分解速度以分钟为单位[5]。 在废水处理中,臭氧氧化通常不作为单独的处理单元使用。 通常会添加一些强化方法,如光催化臭氧氧化、碱催化臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化。 此外,臭氧氧化与其他技术的结合也是研究的重点,如臭氧/超声波法[6]、臭氧/生物活性炭吸附法[7]等。

有文献报道,臭氧氧化与活性炭吸附相结合,可以将废水中芳香烃的质量浓度降低至0.002 μg/L[8]。 利用臭氧氧化去除工业循环水中的表面活性剂,可以有效增加城市污水处理厂的净化程度,改善排水水质。 余秀娟等. 文献[9]利用臭氧-生物活性炭技术去除水中有机微污染物也取得了很好的效果。 取得了较好的成绩。 由于臭氧在水中的溶解度较低,如何更有效地将臭氧溶解在水中已成为该技术研究的热点。

电化学催化氧化法

该技术起源于20世纪40年代,具有污水处理应用范围广、降解效率高、能源需求简单、易于实现自动化操作、应用方式灵活多样等优点。 电化学催化氧化法不仅可以作为难降解废水提高可生化性的预处理措施,而且可以作为难降解含酚废水的深度处理技术。 在优化的pH值、温度和电流强度条件下,苯酚几乎可以得到完全分解。

对于高浓度、难降解、有毒有害的含酚废水,传统的生物法和物化法已经失去了优势。 化学氧化法由于成本较高,阻碍了其推广和应用。 电化学催化氧化方法越来越受欢迎。 人们对其青睐有加,但其自身也存在一些问题,如功耗大、电极材料多为贵金属、成本高、阳极腐蚀等,指导其推广应用的微观动力学和热力学研究尚未完成。

湿式氧化技术

湿式氧化又称湿式燃烧,是处理高浓度有机废水的有效方法。 其基本原理是在高温高压条件下通入空气,氧化废水中的有机污染物。 根据处理工艺污水处理中是否有催化剂可分为湿式空气氧化和湿式空气催化氧化两类。

3.1 湿式空气氧化法

美国Zimpro公司是第一个开发并工业化湿式空气氧化(WAO)方法的公司。 公司已将WAO工艺应用于烯烃生产废洗液、丙烯腈生产废水、农药生产废水等有毒有害工业废水的处理。 WAO技术是在高温(125~320℃)、高压(0.5~20MPa)条件下通入空气,直接将废水中的高分子有机物氧化降解为无机物或小分子有机物。

采用湿式空气氧化技术对乐果生产废水进行预处理。 有机磷去除率高达95%,有机硫去除率高达90%。 Zimpro的WAO工艺处理效率高,反应时间短。 但由于该技术需要高温高压、设备投资大、操作条件恶劣,很难被一般企业接受。 因此,采用催化剂来降低反应温度和压力或缩短反应时间。 具有反应停留时间的湿式空气催化氧化法近年来受到了广泛的关注和研究。

3.2 湿式空气催化氧化法

催化湿式空气氧化(CWAO)法在传统的湿式氧化处理工艺中添加合适的催化剂,使氧化反应可以在更温和的条件下、在更短的时间内完成。 这样可以降低反应温度和压力,提高氧化分解能力,加快反应速度,缩短停留时间,从而减少设备腐蚀,降低运行成本。 湿空气催化氧化的关键问题是高活性且易于回收的催化剂。 CWAO催化剂一般分为金属盐类、氧化物类和复合氧化物类三类。 根据系统中催化剂的形式,湿式空气催化氧化法可分为均相湿式催化氧化法和非均相湿式催化氧化法。 法律。

(1)均相湿式催化氧化法。 在均相湿式催化氧化方法中,由于催化剂(主要是金属离子)是可溶性过渡金属盐,这些盐以离子形式存在于废水中,并在离子或废水处理分子水平上引发氧化剂的游离。 自由基反应和连续再生对水中有机物的氧化反应起到催化作用。 均相湿式催化氧化法中,由于催化剂在分子或离子水平上独立作用,分子活性高,氧化效果较好。 但由于均相湿式催化氧化法中的催化剂以离子形式存在,难以从废水中回收再利用,且容易造成二次污染。

(2)多相湿式催化氧化法。 多相湿式催化氧化是在反应体系中添加不溶性固体催化剂。 催化作用是在催化剂的表面进行的。 催化剂的比表面积对有机物的降解速率影响很大。 由于固体催化剂的组成类型和废水性质的不同,湿式催化氧化的效果也不同。 在多相湿式催化氧化法中,由于固体催化剂不溶解、不损失,且易于活化、再生和回收,因此其应用前景十分广阔。

超临界水氧化技术

超临界水氧化技术是湿式空气氧化技术的增强和改进。 它是由美国MODAR公司于1982年研制成功,其原理是利用超临界水作为介质,氧化分解有机物。 也是以水为主要液相,空气中的氧气为氧化剂,在高温高压下发生反应。 但它的改进和提高在于利用了水在超临界状态下的性质。 水的介电常数降低到接近有机物和气体的介电常数,使气体和有机物完全溶解在水中,相界面消失,形成均相。 该氧化系统消除了湿式氧化过程中存在的相间传质阻力,提高了反应速率。 由于均相体系中氧化自由基的独立活性较高,氧化程度也随之增加。 超临界水是有机物和氧气的良好溶剂。 有机物在富氧超临界水中被均匀氧化。 反应速度非常快。 在400至600°C时,有机物的结构可以在几秒钟内被破坏。 反应完全并彻底,有机碳和氢完全转化为CO2和H2O用于废水处理[11]。 超临界水氧化技术因其反应快速、氧化彻底而受到越来越多的关注。 如何利用催化剂降低反应温度和压力或缩短反应停留时间是该领域的研究热点。 目前,常用的催化剂大多是用于湿式催化氧化工艺的催化剂。 寻找具有广谱催化性能的超临界水氧化技术催化剂是该技术推广的难点。

光催化氧化技术

光催化氧化技术是在光化学氧化技术的基础上发展起来的。 光化学氧化技术是在可见光或紫外光作用下氧化降解有机污染物的反应过程。 自然环境中的部分近紫外光(290~400nm)很容易被有机污染物吸收。 当活性物质存在时,会发生强烈的光化学反应,从而降解有机物。 然而,由于反应条件有限,光化学氧化降解往往不够彻底,容易产生多种芳香族有机中间体,成为光化学氧化中需要克服的问题。

由于凯里等人。 1976年首次使用TiO2光催化降解联苯和氯化联苯,光催化氧化技术的研究重点已转向以TiO2为催化剂的光催化氧化降解有机污染物的方向。

由于光催化氧化技术设备结构简单、反应条件温和、操作条件易于控制、氧化能力强、无二次污染,且TiO2化学稳定性高、无毒、价格低廉,因此TiO2光催化氧化技术是一种具有广阔应用前景的新型水处理技术。

超声波氧化法

声化学的发展越来越引起人们对其在水和废水处理中的应用的关注。 超声波氧化的动力源是声空化作用。 当足够强度的超声波(15kHz-20MHz)通过水溶液时,在声波负压的半个周期内,声压的振幅超过液体内部静压,而空气在液体中核心迅速膨胀; 在声波正压的半个周期内,气泡因绝热压缩而破裂,持续约0.1μs。 破裂瞬间产生约5000K、100MPa的局部高温高压环境,并产生速度为110m/s的强烈冲击微射流。

超声波氧化所采用的设备是磁电式或压电式超声波换能器污水处理装置,通过电磁传导产生超声波。 实验室常用的有辐射板超声仪器、探头超声仪器和NAP反应器。 超声波氧化反应条件温和,通常在室温下进行,对设备要求较低。 是一种无污染、绿色环保的废水处理技术,具有广阔的应用前景。