污水处理技术工艺

污水处理中六种高级氧化工艺深度分析

发布日期:2019-05-10 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

高级氧化过程,也被称为深度氧化过程,是基于电、光照射、催化剂的操作,有时还与氧化剂结合,在反应中产生高活性的自由基(如HO)。然后,通过自由基与有机物之间的加成、取代、电子转移和键断裂,将水中的大分子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,先进的氧化工艺主要有化学氧化、电化学氧化、湿式氧化、超临界水氧化和光催化氧化。

1.化学氧化技术

化学氧化技术是生物处理中常用的预处理技术。一般情况下,在催化剂的作用下,化学氧化剂被用来处理有机废水以提高其可生化性,或直接氧化和降解废水中的有机物以使其稳定。

1.1芬顿试剂氧化法

这项技术起源于20世纪90年代中期,由法国科学家芬顿提出。在酸性条件下,双氧水在Fe2+离子催化下能有效氧化酒石酸[2],可用于苹果酸的氧化。长期以来,芬顿的主要原则是使用铁离子作为过氧化氢的催化剂。羟基自由基式为:Fe2+H2O2-Fe3+OH-+OH,反应多在酸性条件下进行。

在化学氧化法中,芬顿法在处理一些难降解的有机物质(如酚和苯胺)时已显示出一定的优点。近年来,随着对芬顿法的深入研究,紫外光、草酸等被引入芬顿法,大大提高了芬顿法的氧化能力。

1.2 臭氧氧化法

臭氧氧化系统具有较高的氧化还原电位,能够氧化废水中的大部分有机污染物,因此在工业废水处理中得到了广泛的应用。臭氧能氧化水中的许多有机物,但臭氧与有机物的反应是选择性的,有机物不能完全分解为CO2和H2O。臭氧氧化后的产物通常是羧酸类有机化合物。而且臭氧的化学性质极不稳定,特别是在非纯水中,氧化分解速率是在几分钟内测量出来的。在污水处理中,通常采用臭氧氧化作为单独的处理单元,通常采用光催化臭氧氧化、碱催化臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化等强化方法。另外,臭氧氧化与臭氧/超声波法、臭氧/生物活性炭吸附等技术的结合也是研究的重点。

2.电化学催化氧化法

这项技术起源于20世纪40年代。它具有应用范围广、降解效率高、能耗简单、自动化操作方便、应用灵活等优点。电化学催化氧化不仅可以提高难降解废水的可生化性,而且可以在优化pH值、温度和电流强度的条件下作为难降解酚类废水的高级处理技术。苯酚几乎可以完全分解。

对于高浓度,耐火,有毒,有害的含酚废水,传统的生物方法和物理化学方法已经失去了优势。化学氧化法因其成本高而阻碍了其推广应用。电化学催化氧化方法受到越来越多的影响。人们的青睐,但本身存在一些问题,如功耗,电极材料多为贵金属,成本高,阳极腐蚀,微动力学和热力学研究推动其应用尚不完善。

3.湿式氧化技术

湿氧化法,又称湿燃烧法,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下引入空气,使废水中的有机污染物氧化。根据处理过程中是否有催化剂,可分为湿空气氧化和湿空气催化氧化。

3.1 湿式空气氧化法

美国的zimpro公司是最早期的发展和工业化的方法。公司已将wao工艺应用于烯烃生产废液、丙烯腈生产废水和农药生产废水。有毒和有害的工业废水处理。wao技术是在高温(125~320°c)和高压(0.5~20 mpa)下进入空气,使废水中的聚合物有机物被直接氧化并降解为无机或小分子有机物。

采用湿式氧化工艺对乐果生产废水进行预处理,有机磷和有机硫的去除率分别高达95%和90%。Zimpro公司的WAO工艺处理效率高,反应时间短,但由于高温高压的要求,所需设备投资大,操作条件苛刻,很难为一般企业所接受。因此,将湿式空气催化氧化法与催化剂的使用相结合,降低反应温度、降低反应压力或缩短反应停留时间,近年来越来越受到人们的重视。

3.2湿空气催化氧化

催化湿式氧化(CWAO)方法是在常规湿式氧化处理方法中加入合适的催化剂以使氧化反应能够在更温和的条件下和更短的时间内进行的方法。由此,可以降低反应的温度和压力,可以提高氧化分解能力,加快反应速度,缩短停留时间,从而减少设备腐蚀并降低操作成本。湿空气催化氧化过程中的关键问题是高反应性且易于回收的催化剂。 CWAO催化剂通常分为金属盐,氧化物和复合氧化物。根据系统中催化剂的形式,湿空气催化氧化法可分为均相湿催化氧化法和非均相湿催化氧化法。法。

(1)均相湿催化氧化。在均相湿催化氧化中,由于催化剂(主要是金属离子)是可溶的过渡金属盐,这些盐以离子的形式存在于废水中,通过引发氧化剂的自由基反应并在离子或分子水平上连续再生来催化水中有机化合物的氧化。在均相湿法催化氧化过程中,由于催化剂在分子或离子水平上独立作用,分子活性高,氧化效果好。但均相湿法催化氧化过程中的催化剂以离子的形式存在,使废水难以回收和回用,容易造成二次污染。

(二)非均匀湿催化氧化法。非均匀湿催化氧化是一种添加到反应体系中的不溶性固体催化剂。其催化作用在催化剂表面进行。催化剂的比表面积对有机物的降解速率有很大的影响。由于固体催化剂种类不同,废水性质不同,湿催化氧化的效果也不同。在多相湿催化氧化法中,由于固体催化剂不溶解,不流失,且较易活化和循环利用,其应用前景十分广阔。

4.超临界水氧化技术

超临界水氧化技术是美国MODAR公司1982年成功开发的湿式空气氧化技术的强化和改进。其原理是利用超临界水作为介质对有机物进行氧化和分解。

它还在高温高压下以水为液相主体,以空气中的氧为氧化剂进行反应。而改进和改进之处在于利用超临界状态下水的性质,使水的介电常数降至与有机物和气体的介电常数相近,使气体和有机物完全溶解于水中,相界面消失,形成均匀的氧化体系。由于均相体系中氧化自由基的独立活性较高,消除了湿式氧化过程中的相间传质阻力,提高了反应速度,改善了氧化程度。超临界水是一种很好的有机物和氧气的溶剂。有机物在富氧超临界水中被均匀氧化,反应速度非常快。在4 0 0℃和6 0 0℃条件下,有机物的结构可以在几秒钟内被破坏,反应是完全和完全的。有机碳和氢完全转化为CO2和H2O[11]。超临界水氧化技术以其反应速度快、氧化完全等优点越来越受到人们的重视。如何通过催化剂降低反应温度、降低反应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用于湿式催化氧化过程。寻找具有广谱催化性能的超临界水氧化催化剂是超临界水氧化技术推广的难点。

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基础上发展起来的。光化学氧化技术是在可见光或紫外光的作用下,对有机污染物进行氧化降解的反应过程。天然环境中的部分近紫外光(290~400 nm)很容易被有机污染物吸收,活性物质存在时发生强烈的光化学反应,导致有机物的降解。然而,由于反应条件的限制,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,这已成为光化学氧化中亟待解决的问题。

自从1976年Carey等人首次用TiO_2光催化降解联苯和氯联苯以来,光催化氧化技术的研究重点已转向以TiO_2为催化剂的有机污染物的光催化氧化。

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

6.超声波氧化法

随着声化学的发展,声化学在水和废水处理中的应用越来越受到人们的重视。超声氧化的动力源是声空化。当足够强度的超声波(15 kHz~20 MHz)通过水溶液时,声压幅值超过液体的内部静压,液体中的空化核迅速膨胀。在声正压半周期内,气泡由于绝热压缩而破裂,持续时间约为0.1μs。在断裂时刻,产生了约5000K和100 MPa的局部高温高压环境,并产生了速度为110m/s的强撞击微射流。

用于超声氧化的设备是磁电或压电超声换能器,它通过电磁能量交换产生超声波。辐射平板超声仪、探针式和NAP反应器在实验室中得到了广泛的应用。超声波氧化反应条件温和,通常在室温下进行,对设备要求低,是一种应用前景广阔的无污染绿色处理技术。

污水处理中六种高级氧化工艺深度分析

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