污水处理技术工艺

高级氧化技术处理染料废水的研究进展

发布日期:2019-04-25 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

1. 引言

纺织印染行业的生产技术日趋复杂,行业规模越来越大。各种废水已成为制约该行业发展的瓶颈。印染废水占我国印染废水总量的10%,为6亿~7亿吨[1]。印染废水排放量大,水质复杂。每吨处理水的耗水量为10 0×2 0 0t,其中80%的≤从废水中排出。印染废水的组成非常复杂,废水中含有大量的碱,pH值高;有大量的残余染料和助剂,色度高;有机物含量高,耗氧量大,悬浮物含量低,并含有少量的有毒物质[2]。印染废水中的偶氮染料具有生物致畸性、致癌性和致突变性,易被人体通过生物链吸收,对人体健康构成威胁[3]。另外,染料废水具有COD浓度高、有机物含量高、色度高、难降解、pH值变化大等特点,是一种难处理的工业废水。如果这些废水未经处理或不达标排放到环境水体中,将会增加污染水体的色度,影响水生动植物的正常生活活动,破坏水体的生态平衡。它对人类和其他生物的健康构成了极大的威胁。我国染料工业和印染企业蓬勃发展,染料渗漏造成的环境污染更加严重。如何有效、环保地消除染料对生态环境和人类健康的威胁,已成为亟待解决的问题。其处理技术得到了国内外水处理工作者的充分重视和广泛研究。

染料废水的研究和应用方法主要有物理法、化学法和生物法。随着印染废水中新型难降解助剂的增加,传统的物理和生物处理方法已不能满足要求。化学法主要用于处理染料废水。化学方法可以通过氧化或分子间相互作用来降解或形成大分子粒子,然后通过沉淀或气浮去除它们。印染废水的化学处理具有针对性强、效果快等特点,具有广泛的应用前景。先进氧化技术作为20世纪80年代兴起的一种高科技工业废水处理技术,受到了国内外的广泛关注。例如,吴[5]采用先进的氧化-生物共处理方法处理印染废水.在pH=7.18/7.52的最佳条件下,印染废水COD由142 mg/L降至70 mg/L,其余条件均为最佳。此外,BOD/COD值从0增加。01比017.表明催化氧化后的生物降解能力增强。与传统的污水处理相比,先进的氧化技术具有更高的效率,更彻底的去除有毒有害物质,不对环境造成二次污染。废水处理工艺更加环保、安全、高效。这对于工业废水的处理和生态环境的保护具有深远的意义,需要进一步的研究。本文介绍了Fenton氧化、臭氧氧化、湿氧化和电化学氧化四种先进的氧化技术,为今后的研究提供参考。

2. 臭氧氧化法

臭氧氧化技术较早形成,具有氧化能力强,反应速度快,无污泥产生,无二次污染等优点。臭氧作为一种强氧化剂,主要用于处理饮用水和污水中的难降解有机物质,并将其氧化成易降解的有机物质。然而,单独使用臭氧的比例很低,因此臭氧在印染废水处理中的应用通常是通过化学和物理方法,或臭氧氧化技术与生物处理相结合,形成先进的氧化系统。 。目前,改进的臭氧技术和臭氧与其他处理方法的结合在水处理方面具有非常广阔的应用前景。

代莎莎[7]等人采用锰氧化物GAC催化印染废水臭氧氧化。结果表明,与单独臭氧氧化相比,加入少量的MnOx-Gac催化剂可显著提高O3的臭氧氧化速率,在弱酸中性pH范围内,MnOx-Gac催化臭氧氧化的去除效率明显提高,在碱性范围内略有降低。研究了硝酸铁浸渍改性活性炭对重油废水臭氧氧化的影响。当ph值在3至9之间时,相对较高的鳕鱼去除率在ph值为7时得到。40.2<垃圾>.当pH值较低且呈酸性时,除臭氧直接氧化外,还会加剧氧化铁的解吸,减少有机污染物在催化剂活性中心的吸附,不利于FAC的催化氧化。适当提高pH值可以显著促进臭氧的分解,有利于有机污染物的去除。张静[9]等研究表明,与单独臭氧氧化和纯TiO 2催化臭氧氧化硝基苯相比,CoOx-TiO 2催化臭氧氧化对TOC的去除率有明显提高。Zhan [10]等研究了PdO / CeO2催化剂在臭氧氧化系统中的作用,发现单独的臭氧和草酸几乎没有反应。Ikhlaqa[11]和其他具有不同Si/Al比率的分子筛催化水中不同有机化合物的臭氧氧化。发现系统中没有形成OH。

张仙冰[12]将改进后的微电解填料与o3结合,形成新的臭氧/微电解工艺,充分利用微电解(即)与臭氧的优势和协同作用,实现印染废水的标准排放;同时解决了微电解填料的钝化、压实和高成本等问题。结果表明,臭氧/微电解工艺(oie)的加工效率高于空间和时间耦合工艺(o3+即和o3+)。当染色和有机去除作用降低一半的反应时间。该系统能产生更多的自由基,具有较强的氧化能力,耦合系统中多种功能的相互促进大大提高了有机物的去除率。黎兆中[13]用臭氧催化氧化-曝气生物渗滤法对印染废水进行了深度处理。利用陶瓷和普通陶瓷颗粒进行了臭氧氧化实验。当臭氧被添加90毫克/升时,去除率达到51<unk;GT;。废水水样中含有较多的难以生物降解的有机物。通过臭氧催化氧化预处理,提高了废水的生化性能。结果表明,催化陶瓷比普通陶瓷具有更好的催化效果。采用臭氧催化氧化-曝气生物过滤工艺对印染废水进行深度处理,去除率达到66度,处理效果良好。

研究表明,由于臭氧的氧化具有选择性,且氧化产物通常只有小分子羧酸、酮和醛类,不能完全去除水中的COD,单靠臭氧的利用效率较低。均相催化剂在反应过程中易流失,易留在水中,且非均相催化剂效果更好。单一的高级氧化工艺不能满足复杂印染废水的处理要求。先进的氧化技术可以提高废水的可生化性,并与生物处理有机地结合在一起。它不仅可以提高处理效率,而且可以降低运行成本。因此,臭氧氧化技术在废水处理中的发展方向在于与其他工艺技术相结合。目前研究表明,非均相催化臭氧氧化技术处理印染废水具有高效、低耗、节能、环保等优点。然而,其工业应用还有待进一步验证。

3. Fenton氧化

Fenton(Fenton)试剂于1894年被Fenton H.J.所使用。结果表明,在酸性条件下,H_2O_2为氧化剂,Fe_2为催化剂,OH为催化剂。·OH具有很高的氧化还原电位,其氧化能力仅次于氟。·OH试剂法是一种先进的氧化技术,可用于处理难降解、有机物含量高的工业废水,并可通过H2O2的强氧化降低废水的COD值,较好地去除水中污染物,降低废水的COD值,是一种先进的氧化技术。并取得了很好的效果。处理印染废水的方法通常有两种,一种是用Fenton单独处理废水,另一种是与其他工艺联合处理印染废水。

刘薇和其他[14]的实验结果表明,对于电动Fenton技术,初始pH值为3,曝气量为0.3 L / min,电解电压为8 V,电流密度为40 mA / cm2,FeSO4浓度为15 mmol / L,电解45 min可以达到更好的处理效果。与传统的生化处理工艺相比,前者的COD去除率可达70%左右,具有较高的去除率。丹宁等用芬顿法处理印染厂印染废水的生化废水,采用正交试验头发和单因素分析。得到反应时间为30分钟,ph值为4.0,feso4剂量为900毫克/升,h2o2剂量为1.5毫升/升时,鳕鱼去除率可达到70<unk;GT;。在最佳运行条件下,出水COD可降至50 mg/L以下,满足印染废水标准升级的要求。采用王代芝[16]Fenton试剂氧化法处理染料废水。实验结果表明,随着反应时间的延长,色度去除率逐渐增加,最佳反应时间为50min;随着过氧化氢用量的增加,脱色率增加,100mL原水中H2O2的最佳投加量为0.3mL,FeSO4·7H2O为最佳投加量,H2O2的最佳投加量为0.02g。废水的pH为4.78,进行脱色处理时无需调节pH。当染料废水温度为25℃时,除色效果较好。在废水的实际处理中,生产废水需要冷却处理。以上研究表明,单独使用Fenton试剂处理印染废水,可以大大提高COD和色度的去除率,并且Fenton试剂的使用促进了印染废水的深度处理。

传统的Fenton技术在先进氧化技术领域具有操作简单、成本低、制备方便、对环境无污染等优点,但产生的物理化学污泥较多。因此,国内外学者纷纷尝试与其他技术相结合。电芬顿法是研究较多的组合过程之一,是电化学法与芬顿法法相结合产生的一种新方法。它减少了化学品的用量,节省了化学品的成本,并能更有效地降解有机污染物。此外,硫酸亚铁投加量低,可提高反应速率,减少Fe(OH)-3污泥的污染。

严杰等[17]采用异相电Fenton氧化法处理印染废水,并采用装有活性炭,活性炭负载Fe / Ni和活性炭负载Fe作为工作电极的阳极筐(阳极)。结果表明,使用Fe / Ni作为工作电极可以获得最佳效果。以Fe / Ni比为4:1,煅烧时间为4h,煅烧温度为300℃制备的催化剂具有最佳的催化效果。使用活性炭负载的Fe / Ni催化剂作为工作电极。电动Fenton法用于催化印刷和染色废水在300mA电流下的氧化降解。 120分钟后COD去除率达到91.2%。

芬顿法处理印染废水具有高效、低耗、高效等优点,但其主要缺点也较为明显。废水处理量大,药剂消耗量大,产生铁渣和污染,成本较高。因此,如何降低实际生产成本,全面提高处理效果,是进一步研究的方向。

4.电化学、湿空气氧化法

电化学方法主要采用电解氧化、电解还原、电解、絮凝、蒸汽浮选等方法,在外加电场的作用下,通过化学反应生成大量的·OH等活性基团,破坏印染废水中染料的分子结构。以达到脱色和降低废水中主要污染物浓度的目的。电催化氧化利用催化阳极处理废水,最终将污染物降解为无害的CO_2和H_2O[3]。Puliu等人[18]采用电催化、臭氧氧化和电催化+臭氧协同技术处理印染废水。电催化+臭氧协同工艺对废水中COD的去除效果最好,反应时间为4h,对废水中COD的去除率为61.76%。电催化+臭氧协同技术可以作为一种有效的预处理手段,但为了使印染废水达到排放标准,有必要继续探索印染废水COD降解的有效处理方法。张俊[19]采用电化学技术处理印染废水中的有机污染物,取得了良好的效果。当反应时间为15~20min,原水不需调节pH值时,≤去除率可达50%~60%,B-≤-C去除率由0.2%提高到0.5%左右。

湿式空气氧化[20](催化湿式空气氧化法)已广泛应用于高浓度COD废水的处理。该工艺的原理是在压力和加热条件下将溶解或悬浮的有机废水连续引入空气中,使空气中的氧分子在高温(125°C~320°)下溶解于水中C),高压(0.5~20 MPa)在[21]的情况下,有害的有机或无机物质是无害的。现代方法主要是在传统的湿法氧化技术基础上,添加合适的催化剂。其中贵金属系列、铜系列、稀土系列在多相催化剂中应用最为广泛,铜系列催化剂应用最为广泛。添加催化剂可以在一定程度上解决湿氧化反应条件苛刻的缺点,降低设备的负荷,降低对材料的要求,大大降低投入成本。胡婉玉和肖正辉 [22]等人制出Cu-Mn-Zn (CuMn2O4,ZnMnO3,Mn2 + 3O4混合物)复合金属氧化物,得出工艺前提即催化剂投加量为0.5 g/L、20% H2O2投加量为35 mL/L、反映时候为2 h、反映温度为50℃时,处置结果最优,此时苯酚的均匀降解率可达98.48%。张永利[23]是从辽宁省抚顺市某纤维厂获得的印染废水水样。采用Cu-Fe催化剂作为均相湿式氧化催化剂,Cu-Ce/FSC催化剂作为非均相湿式氧化催化剂。结果表明,铜催化剂的加入显著提高了废水中CODcr的去除率,降低了色度。铜催化剂催化两组实验处理的废水具有良好的可生化性,为后续的生物处理奠定了基础。出水CODcr浓度达到国家三级标准,色度pH达到国家一级标准。

与传统的生化方法或其他氧化技术相比,湿法氧化技术可有效降解各种高浓度,有毒有害的可生物降解有机废水,而分解反应时间短,速度快,效率高,无新一代。污染物,但反应器的温度和压力要求太苛刻,处理废水的效果不理想。随着电化学技术的发展,印染废水的电化学处理因其设备小,占地面积小,操作管理简单,COD去除率高,脱色效果好而受到越来越多的关注。但是,电催化氧化降解有机物存在的副反应是阳极氧的析出,因此电极必须具有较高的析氧过电压,电极材料的选择,电压和电流等电参数,水质参数等。也使用技术组合。印染废水电化学处理中的一个主要问题。

5. 结论

传统的印染废水净化技术各有优缺点。印染废水单次物理、化学、生物处理难以满足相应的排放要求。国内外研究表明,这四种先进的氧化技术具有反应速度快、工艺简单、处理染料废水效果好等优点。

1)开发处理废水的臭氧氧化技术旨在与其他工艺技术相结合。在本阶段的研究中,已证明处理印染废水的非均匀催化臭氧氧化技术具有高效率、低消耗、节能和环保的优点,但工业化的应用还需要进一步验证,而臭氧氧化法属于研究阶段,技术及相关设备尚不完善。如何提高臭氧利用率还有待进一步研究。

2)Fenton法处理印染废水具有高效、低耗、高效的优点,但其主要缺点也是明显的。在处理大量废水时,试剂消耗大,产生铁泥和污染,成本相对较高。

3)电化学法具有工艺灵活、设备小、操作简单、管理简单、处理效果好等优点,但由于电极材料、电流效率低、功耗高、成本高、能耗高等特点,电化学方法受到限制。因此,目前很少用于印染废水的处理。

4)湿法氧化技术可有效降解各种高浓度,有毒有害的生物降解有机废水,分解反应时间短,速度快,效率高,无新污染物,但反应器温度和压力要求也过高苛刻和对废水处理的影响并不理想。目前,印染废水处理也较少使用。

目前,臭氧氧化法和芬顿法在印染废水处理中得到了广泛的研究,而湿氧化法和电化学法由于反应条件恶劣,在印染废水处理中应用较少。

两种先进的氧化技术,臭氧氧化技术和芬顿法,在反应条件不高且无需高温高压环境下可在室温下进行的处理印染废水;二是臭氧氧化技术和芬顿法不仅可以单独使用,而且可以与其他技术结合使用;三是针对印染废水困难,臭氧氧化技术和芬顿法可以直接去除染料;由于其巨大的优势,受到水污染防治领域的青睐。然而,这些技术的单一使用成本相对较高,在我国不可能实现工业化。如何提高能源利用效率、降低成本、推动技术产业化是未来的研究方向之一。根据印染废水的特点合理选择和优化水质的组合处理工艺,多种处理技术结合应用研究和生化物理处理的改进,将是今后印染废水净化技术的重要方向。

高级氧化技术处理染料废水的研究进展

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