污水处理技术工艺

焦化废水处理中高级氧化技术的应用

随着钢铁工业的迅速发展,大量难降解工业废水,特别是焦化废水,含有大量有毒有害物质,难以降解高浓度有机物,具有成分复杂、水质和水量变化大等特点。焦化废水的处理越来越受到人们的重视。目前,焦化废水的处理主要是传统的生物处理、絮凝混凝、吸附处理等。焦化废水可生化性差,需要大量稀释后进行生化处理,生化废水处理后COD(化学需氧量)和氨氮量难以同时达到标准,需要进行深度处理。由于先进处理技术成本高,难以完全降解某些有毒有害物质,易产生二次污染。根据焦化废水处理的现状,有必要研究高效环保的处理技术。

高级氧化工艺(AOPs),利用反应体系中产生的高活性羟基自由基(·OH)攻击有机污染物分子,最后将有机污染物氧化成CO2和H2O等无毒小分子酸为绿色高效的废水处理技术。目前,先进的氧化技术主要包括化学氧化,光化学氧化,光催化氧化和湿催化氧化。由于AOPs强氧化和易控制的优点,AOP近年来受到越来越多的关注。

高级氧化技术的利与弊

化学氧化法。该方法使用化学氧化剂将液态或气态无机或有机物质转化为微毒性、无毒或易于分离的形式。臭氧、过氧化氢和高锰酸钾是水处理领域常用的氧化剂。臭氧和过氧化氢是酚类废水处理过程中最常用的两种处理方法。

目前,世界上许多国家都在使用臭氧消毒技术,特别是在欧洲的水处理厂。在臭氧氧化系统中添加固体催化剂,如表面积较大的活性炭,同时使用臭氧和活性炭,起到催化作用,并能在臭氧氧化后吸附小分子产品,而两者的结合增加了溶液中的o.-,它具有协同效应,并产生更多的羟基自由基。

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过氧化氢是一种强氧化剂,在碱性溶液中氧化速度快,不会给反应液带来杂质离子,因此在各种有机或无机污染物的处理中有很好的应用前景。过氧化氢用于去除工业废水中的COD由来已久。虽然化学氧化法处理废水的价格高于普通的物理和生物处理方法,但这种方法对其他处理方法具有不可替代的作用。如对有毒有害或不可生物降解的废水进行预消化,对高/低流量废水进行预处理等。过氧化氢单独对高浓度难降解化合物的降解效果不佳,可以用过渡金属盐来改善,最常用的方法是铁盐活化,即Fenton试剂法。

Fenton试剂由可溶性亚铁盐和过氧化氢按一定比例组成,可氧化多种有机分子,不需要高温高压。试剂中的Fe2能引发和促进过氧化氢的分解,产生羟基自由基。一些有毒有害物质,如苯酚、氯苯和硝基苯,也可被芬顿试剂和类芬顿试剂氧化。

过氧化氢与臭氧,过氧化氢和紫外线的结合称为芬顿式技术,其原理与芬顿技术基本相同。

光化学氧化。这种方法是光作用下的化学反应。它要求分子吸收特定波长的电磁辐射,并被激发产生分子的激发态。然后化学变化发生在另一个稳定状态,或成为热反应的中间产物。纯紫外线的分解作用较弱。通过在紫外光氧化过程中引入适当的氧化剂(如H_2o_2、O_3等),可以明显优化废水的处理效果,加快降解速度。有机物的光降解可分为直接光降解和间接光降解。前者是指有机物分子以激发态吸收光能并与周围环境中的物质直接反应的过程。后者是指有机环境中的某些物质以激发态吸收光能,然后诱导有机物与污染物反应的过程。其中,有机化合物的间接光降解更为重要。

光化学氧化可使用的波长范围为200纳米至700纳米,即紫外线和可见光的范围。光化学氧化技术在大气污染处理和废水处理中具有重要的应用价值。它可根据氧化剂的种类分为uv/o3、uv/h2o2、uv/fenton等系统。不管系统如何,光化学反应一般通过生成羟基自由基来降解有机物。

例如,在UV/O3体系中,液相臭氧在紫外光照射下分解生成羟基自由基,紫外吸收系数在253.7 nm处达到最大值,可将大部分有机物氧化为CO2和水,用于处理工业废水中的铁氰酸盐。有机化合物,硝基酸,醇,农药,含氮,硫或磷的有机化合物,和氯化有机化合物。

光催化氧化这种方法是光催化剂(又称光催化剂)在特定波长光源照射下产生催化作用,使周围的水分子和氧激发形成高活性的OH-和O2自由离子基团。用于光催化氧化的催化剂有TiO 2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO 2和Fe3O4。

TiO2是最常用的催化剂。在光催化反应中,TiO2的光催化活性主要受晶相,晶粒尺寸和比表面积的影响。当确定结晶相时,晶粒尺寸和比表面积成为TiO2光催化的重要因素。粒径越小,光生电子和空穴的扩散时间越短。比表面积越大,水污染的吸附越有效。提高光催化性能的物质。当催化剂粒径达到纳米级时,还可以产生量子效应,以提高光吸收率和利用率,这是当前催化剂研究的重要方向。

光催化氧化具有无毒、操作条件简单的特点。紫外线和模拟阳光和日光可用作光源,自然条件(如空气)可用作催化剂。活性高,稳定性好,能使有机污染物完全降解,无二次污染。近年来,为了充分利用各种污染物的自然光降解作用,在提高催化活性和扩大激发光波长范围方面做了大量的工作,即催化剂的表面改性。通过将过渡金属掺杂成二氧化钛,贵金属沉积物可以形成新的修饰水平,从而扩大其光响应范围。光敏化等改性处理可以提高光催化性能。

光催化氧化的应用主要包括染料废水处理、高浓度有机废水处理和饮用水深度处理过程中难降解微污染物的去除。一般来说,tio2光催化氧化可以在紫外线的波长范围内进行,这限制了光催化技术的推广和应用。此外,光催化氧化反应器的发展尚未成熟,难以实现大规模的处理。

湿式氧化该方法是一种在高温高压条件下,利用氧化剂将废水中的有机物氧化为二氧化碳和水,从而达到去除污染物的高级氧化方法。该方法具有适用范围广、处理效率高、二次污染小、氧化速度快、可回收能源和有用材料等特点。在日本和美国,这种方法已经在工程中得到应用,属于尖端技术,具有广阔的发展前景。但是,该方法也存在一些问题,即通常需要在高温高压条件下进行湿式氧化。中间产物通常是有机酸,需要较高的设备和材料、昂贵的催化剂处理,且只适用于小流量、高浓度的废水。

湿法氧化分为亚临界水氧化和超临界水氧化两类。超临界水氧化是在超临界条件下处理有机污染物的一种新型高效废水处理技术。在一定温度和压力下,几乎所有有机物都能在很短的时间内完全氧化分解,大大缩短了废水处理时间,且处理装置完全封闭,节省了空间,无二次污染。

在超临界水的状态下,盐的溶解度显着降低,而有机物的溶解度显着增加,如苯,己烷,N2,O2等可与水完全混溶,因此其密度,粘度和扩散系数的变化。扩散系数随着密度的增加而降低。由于湿式氧化技术的温度和压力较高,水的密度降低,扩散系数增加,传质速率急剧增加。

湿氧化的应用领域主要有农药废水处理、酚废水处理、印染废水和污泥处理。经湿氧化处理后,上述废水的毒性和可生物降解性大大降低,通过生化处理可达到废水的标准排放。

先进的氧化技术可以将有机污染物矿化成二氧化碳和水。这是一个环境友好的过程,但是当降解污染物时,它的高处理成本是一个“瓶颈”,限制了它的推广。在我国,除芬顿法等几种先进氧化技术外,臭氧氧化技术已在实际水处理中得到应用,其余尚处于实验室研究或小实验阶段。只有解决成本高、设备腐蚀严重、水量小的缺点,才能加快先进氧化技术在实际工业中的应用。先进氧化技术的发展方向可概括如下:

首先,光催化氧化技术、臭氧氧化技术等技术可以提高废水的可生化性,但单独处理焦化废水难度大、成本高,可以与生化技术相结合,降低焦化废水的生物毒性。提高了废水的生物降解性,并采用低消耗、高效率的生化方法进行处理。

其次,湿式催化氧化、超临界水氧化等技术要求设备高,处理成本高,可以专门开发用于反应器材料和低成本催化剂。在焦化废水的处理中,不应将残留氨水等难处理废水混入其他废水中,以增加废水浓度,然后采用上述先进氧化剂对焦化废水进行处理。

三是设计一种结构简单,高效,自然光,长期稳定运行的反应器,提高光化学氧化和光催化氧化技术的加工效率,并结合凝聚法和吸附法。

焦化废水处理中高级氧化技术的应用

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