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合肥废水处理中的高级氧化技术

2021-12-07 17:44:42
高级氧化技术又称深度氧化技术,其根底在于运用电、光辐照、催化剂,有时还与氧化剂分离,在反响中产生活性极强的自在基(如HO•),再经过自在基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等,使水体中的大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质,以至直接降解成为CO2和H2O,接近完整矿化目前的高级氧化技术主要包括化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。
1、化学氧化技术
化学氧化技术常用于生物处置的前处置。普通是在催化剂作用下,用化学氧化剂去处置有机废水以进步其可生化性,或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化。
1.1 Fenton 试剂氧化法
该技术来源于19世纪90年代中期,由法国科学家H. J. Fenton提出,在酸性条件下,H2O2在Fe2+离子的催化作用下可有效的将酒石酸氧化,并应用于苹果酸的氧化。长期以来,人们默许的Fenton主要原理是应用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂,反响产生羟基自在基式为:Fe2++ H2O2 ——Fe3++OH-+•OH, 且反响大都在酸性条件下停止。
在化学氧化法中,Fenton法在处置一些难降解有机物(如苯酚类、苯胺类)方面显现出一定的优越性。随着人们对Fenton法研讨的深化,近年来又把紫外光(UV)、草酸盐等引入Fenton法中,使Fenton法的氧化才能大大加强。

用UV + Fenton法对氯酚混合液停止了处置,在1h内TOC去除率到达83.2%。Fenton法氧化才能强、反响条件温和、设备也较为简单,适用范围比拟广,但存在处置费用高、工艺条件复杂、过程不易控制等缺陷,使得该法尚难被推行应用。

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1.2 臭氧氧化法
臭氧氧化体系具有较高的氧化复原电位,可以氧化废水中的大局部有机污染物,被普遍应用于工业废水处置中。臭氧能氧化水中许多有机物,但臭氧与有机物的反响是有选择性的,而且不能将有机物彻底合成为CO2和H2O,臭氧氧化后的产物常常为羧酸类有机物。且臭氧的化学性质极不稳定,特别在非纯水中, 氧化合成速率以分钟计。在废水处置中,臭氧氧化通常不作为一个单独的处置单元,通常会参加一些强化手腕,如光催化臭氧化、碱催化臭氧化和多相催化臭氧化等。此外,臭氧氧化与其他技术联用也是研讨的重点, 如臭氧/超声波法、臭氧/生物活性炭吸附法等。
有文献报道: 将臭氧氧化与活性炭吸附相分离可使废水中的芳烃质量浓度降到0.002μg/L。用臭氧氧化法去除工业循环水中的外表活性剂可有效增加城市污水处置场的净化度、进步排水的水质,于秀娟等人应用臭氧—生物活性炭工艺去除水中的有机微污染物也获得了较好的效果。由于臭氧在水中的溶解度较低,如何更有效地把臭氧溶于水中已成为该技术研讨的热点。
2、电化学催化氧化法
该技术来源于20世纪40年代, 有应用范围广、降解效率高、能量请求简单、利于完成自动化操作,应用方式灵敏多样等优点。电化学催化氧化法既可用于难降解废水的前处置措施来进步可生物降解性能,又能够作尴尬降解酚类废水的深度处置技术,在优化的pH值、温度和电流强度条件下,苯酚能够得到简直完整的合成。
针对高浓度、难降解、有毒有害的含酚废水,传统生物法和物化法曾经失去了其优势,化学氧化法又因其昂贵的费用障碍了其推行应用,电化学催化氧化法越来越遭到人们的喜爱,但其本身也存在一些问题,如电耗,电极资料多为贵金属,本钱较高及存在阳极腐蚀,指导其推行应用的微观动力学和热力学研讨尚不完善等。
3、湿式氧化技术
湿式氧化,又称湿式熄灭,是处置高浓度有机废水的一种卓有成效的办法,其根本原理是在高温高压的条件下通入空气,使废水中的有机污染物被氧化,按处置过程有无催化剂可将其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
Z早研制开发湿式空气氧化(Wet Air Oxidation, 简称WAO)法并完成工业化的是美国的Zimpro公司,该公司已将WAO工艺应用于烯烃消费废洗濯液、丙烯腈消费废水及农药消费废水等有毒有害工业废水的处置。WAO技术是在高温(125~320℃)高压(0.5~20MPa)条件下通入空气,使废水中的高分子有机物直接氧化降解为无机物或小分子有机物。

运用湿式空气氧化技术对乐果消费废水停止预处置,有机磷的去除率高达95%,有机硫的去除率高达90%。Zimpro公司的WAO工艺处置效率高、反响时间短,但由于该技术请求高温高压,所需设备投资较大,运转条件苛刻,难于被普通企业承受,因此配合运用催化剂从而降低反响温度和压力或缩短反响停留时间的湿式空气催化氧化法近年来更是遭到普遍的注重与研讨。

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3.2 湿式空气催化氧化法
湿式空气催化氧化(Catalytic Wet Air Oxidation,简称CWAO) 法是在传统的湿式氧化处置工艺中参加适合的催化剂使氧化反响能在更温和的条件下和更短的时间内完成。从而可降低反响的温度和压力,进步氧化合成才能,加快反响速率,缩短停留时间,也因而可减轻设备腐蚀、降低运转费用。湿式空气催化氧化法的关键问题是高活性易回收的催化剂。CWAO的催化剂普通分为金属盐、氧化物和复合氧化物3类,按催化剂在体系中存在的方式,又可将湿式空气催化氧化法分为均相湿式催化氧化法和非均相湿式催化氧化法。
(1)均相湿式催化氧化化法。在均相湿式催化氧化法中,由于催化剂(多为金属离子) 是可溶性的过渡金属盐类,这些盐类以离子方式存在于废水中,在离子或分子的程度上经过引发氧化剂的自在基反响并不时地再生而对水中有机物的氧化反响起催化作用。在均相湿式催化氧化法中由于催化剂在分子或离子程度上独立起作用,因此分子活性高,使得氧化效果较好。但由于均相湿式催化氧化法中的催化剂是以离子方式存在,较难从废水中回收和再应用,且易形成二次污染。
(2)非均相湿式催化氧化法。非均相湿式催化氧化是向反响体系中参加不溶性的固体催化剂,其催化作用是在催化剂外表停止,催化剂的比外表积的大小对有机物的降解速率影响很大。由于固体催化剂的组成品种及废水性质的不同,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,不流失,活化再生及回收都较容易,因而其应用前景非常宽广。
4、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强化和改良,是由美国MODAR公司于1982年开发胜利的,其原理是应用超临界水作为介质来氧化合成有机物。它同样是以水为液相主体,以空气中的氧为氧化剂,于高温高压下反响。
但其改良与进步之处就在于应用水在超临界状态下的性质,水的介电常数减少至近似于有机物与气体,从而使气体和有机物能完整溶于水中,相界面消逝,构成均相氧化体系,消弭了在湿式氧化过程中存在的相际传质阻力,进步了反响速率,又由于在均相体系中氧化态自在基的独立活性更高,氧化水平也随之进步。超临界水是有机物和氧的良好溶剂,有机物在富氧超临界水中停止均相氧化,其反响速度很快,在400~600℃下,几秒钟就能将有机物的构造毁坏,反响完整、彻底,使有机碳、氢完整转化为CO2和H2O。
超临界水氧化技术由于其反响疾速、氧化彻底而越来越遭到人们的关注,如何经过催化剂来降低反响的温度和压力或缩短反响停留时间是身手域的一个研讨热点。目前常用的催化剂大多是应用于湿式催化氧化工艺的催化剂,寻觅对超临界水氧化技术具有广谱催化性能的催化剂是该技术推行中的一个难点。
5、光催化氧化技术
光催化氧化技术是在光化学氧化技术的根底上开展起来的。光化学氧化技术是在可见光或紫外光作用下使有机污染物氧化降解的反响过程。自然环境中的局部近紫外光(290~400nm )极易被有机污染物吸收,在有活性物质存在时即发作激烈的光化学反响,从而使有机物降解。但由于反响条件所限,光化学氧化降解常常不够彻底,易产生多种芳香族有机中间体,成为光化学氧化需求克制的问题。
自1976 年Carey 等首先采用TiO2光催化降解联苯和氯代联苯以来,光催化氧化技术的研讨热点就转化到了以TiO2为催化剂的光催化氧化降解有机污染物这一方向上来。
由于光催化氧化技术设备构造简单、反响条件温和、操作条件容易控制、氧化才能强、无二次污染,加之TiO2化学稳定性高、无毒、价廉,故TiO2光催化氧化技术是一项具有普遍应用前景的新型水处置技术。
6、超声波氧化法
声化学的开展使人们越来越关注其在水及废水处置中的应用。超声波氧化(ultrasonic oxidation) 的动力来源是声空化,当足够强度的超声波(15 kHz —20 MHz) 经过水溶液,在声波负压半周期,声压幅值超越液体内部静压,液体中的空化核疾速收缩;在声波正压半周期,气泡又因绝热紧缩而决裂,持续时间约0.1μs。决裂霎时产生约5000 K和100 MPa的部分高温高压环境,并产生速率为110 m/s 的强冲击微射流。
超声波氧化采用的设备是磁电式或压电式超声波换能器,经过电磁换能产生超声波。实验室内运用较多的是辐射板式超声波仪、探头式以及NAP反响器等。超声波氧化反响条件温和,通常在常温下停止,对设备请求低,是应用前景宽广的无公害绿色化处置技术。


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