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污水处理高级氧化技术方法分类及原理

来源:无锡水处理设备      2019/7/10 16:15:45      点击:

无锡纯水设备www.xqccscn.com】先进氧化处理技术作为一种物理和化学处理技术,以其处理效率高、对有毒污染物的彻底破坏而广泛应用于有毒难处理工业废水的预处理。目前,先进的氧化技术主要有化学氧化、电化学氧化、湿氧化、超临界水氧化和光催化氧化。

化学氧化技术

    化学氧化技术常用于生物预处理。一般情况下,有机废水在催化剂的作用下采用化学氧化剂进行处理,以提高其生物降解性,或者通过直接氧化降解来稳定废水中的有机物。

芬顿氧化法

    这项技术起源于19世纪90年代中期,由法国科学家h.j. feenton提出,在酸性条件下,H2O2可以在Fe2+离子[2]的催化下有效氧化酒石酸,并应用于苹果酸的氧化。长期以来,Fenton默认的原理是使用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂,反应生成羟基自由基式:Fe2++H2O2——Fe3+ OH-+ +OH,大部分反应在酸性条件下进行。

    在化学氧化法中,芬顿法在处理难降解有机化合物(如酚类和苯胺类)方面具有一定的优势。随着芬顿法研究的不断深入,近年来在芬顿法中引入了紫外光(UV)和草酸盐,大大提高了芬顿法的氧化能力。

芬顿氧化

    类芬顿反应是除了铁()、铁(),含有铁和其他过渡金属,如公司,Cd,铜、Ag)、锰、镍等可以加速或替换Fe()地板过氧化氢反应的催化作用。

    研究表明,Fe3+Mn2+等均相催化剂和铁粉、石墨、铁锰氧化矿物等多相催化剂也可以分解H2O2生成•OH。其基本反应过程与芬顿试剂相似无锡纯水设备,故称为类芬顿体系。如果用Fe3+代替Fe2+,因为Fe2+是即时生成的,所以降低了OHFe2+还原的几率。哦,利用效率。在芬顿体系中加入一些络合剂(c2o2-4EDTA),可以提高有机化合物的去除率。

臭氧氧化

    臭氧氧化系统氧化还原电位高,可氧化废水中的大部分有机污染物,在工业废水处理中得到广泛应用。臭氧可以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CO2H2O,臭氧氧化后的产物往往是羧酸有机物。

    此外,臭氧的化学性质极不稳定,特别是在非纯水中,氧化分解速率以分钟[5]为单位。在废水处理中,臭氧化通常不作为一个单一的单元进行处理,通常添加光催化臭氧化、碱催化臭氧化和多相催化臭氧化等强化手段。此外,臭氧氧化与臭氧/超声波法、臭氧/生物活性炭吸附法等技术相结合也是研究的热点。

电化学催化氧化法

    该技术起源于20世纪40年代,有应用范围广、降解效率高、能量要求简单、利于实现自动化操作,应用方式灵活多样等优点。电化学催化氧化法既可用于难降解废水的前处理措施来提高可生物降解性能,又可以作为难降解酚类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,苯酚可以得到几乎完全的分解。

    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已经失去了其优势,化学氧化法又因其昂贵的费用阻碍了其推广应用,电化学催化氧化法越来越受到人们的青睐,但其自身也存在一些问题,如电耗,电极材料多为贵金属,成本较高及存在阳极腐蚀,指导其推广应用的微观动力学和热力学研究尚不完善等。

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一种行之有效的方法,其基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,按处理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。

1 湿式空气氧化法

    研制开发湿式空气氧化(Wet Air Oxidation,简称WAO)法并实现工业化的是美国的Zimpro公司,该公司已将WAO工艺应用于烯烃生产废洗涤液、丙烯腈生产废水及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,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。

    使用湿式空气氧化技术对乐果生产废水进行预处理,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工艺处理效率高、反应时间短,但由于该技术要求高温高压,所需设备投资较大,运转条件苛刻无锡纯水设备,难于被一般企业接受,因而配合使用催化剂从而降低反应温度和压力或缩短反应停留时间的湿式空气催化氧化法近年来更是受到广泛的重视与研究。

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理工艺中加入适宜的催化剂使氧化反应能在更温和的条件下和更短的时间内完成。从而可降低反应的温度和压力,提高氧化分解能力,加快反应速率,缩短停留时间,也因此可减轻设备腐蚀、降低运行费用。

    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的催化剂一般分为金属盐、氧化物和复合氧化物3类,按催化剂在体系中存在的形式,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。

    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,这些盐类以离子形式存在于废水中,在离子或分子的水平上通过引发氧化剂的自由基反应并不断地再生而对水中有机物的氧化反应起催化作用。

    在均相湿式催化氧化法中由于催化剂在分子或离子水平上独立起作用,因而分子活性高,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形式存在,较难从废水中回收和再利用,且易造成二次污染。

    非均相湿式催化氧化法。非均相湿式催化氧化是向反应体系中加入不溶性的固体催化剂,其催化作用是在催化剂表面进行,催化剂的比表面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种类及废水性质的不同,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强化和改进,是由美国MODAR公司于1982年开发成功的,其原理是利用超临界水作为介质来氧化分解有机物。

    它同样是以水为液相主体,以空气中的氧为氧化剂,于高温高压下反应。但其改进与提高之处就在于利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全溶于水中,相界面消失,形成均相氧化体系,消除了在湿式氧化过程中存在的相际传质阻力,提高了反应速率,又由于在均相体系中氧化态自由基的独立活性更高,氧化程度也随之提高。

    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进行均相氧化,其反应速度很快,在400——600℃下,几秒钟就能将有机物的结构破坏,反应完全、彻底,使有机碳、氢完全转化为CO2H2O

    超临界水氧化技术由于其反应迅速、氧化彻底而越来越受到人们的关注,如何通过催化剂来降低反应的温度和压力或缩短反应停留时间是本领域的一个研究热点南通纯水设备。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,寻找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广中的一个难点。

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使有机污染物氧化降解的反应过程。自然环境中的部分近紫外光(290——400nm)极易被有机污染物吸收,在有活性物质存在时即发生强烈的光化学反应,从而使有机物降解。但由于反应条件所限,光化学氧化降解往往不够彻底,易产生多种芳香族有机中间体,成为光化学氧化需要克服的问题。

    1976Carey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究热点就转化到了以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结构简单、反应条件温和、操作条件容易控制、氧化能力强、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广泛应用前景的新型水处理技术。

超声波氧化法

    声化学的发展使人们越来越关注其在水及废水处理中的应用。超声波氧化(ultrasonicoxidation)的动力来源是声空化,当足够强度的超声波(15kHz20MHz)通过水溶液,在声波负压半周期,声压幅值超过液体内部静压,液体中的空化核迅速膨胀;在声波正压半周期,气泡又因绝热压缩而破裂,持续时间约0.1μs。破裂瞬间产生约5000K100MPa的局部高温高压环境,并产生速率为110m/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,通过电磁换能产生超声波。实验室内使用较多的是辐射板式超声波仪、探头式以及NAP反应器等。超声波氧化反应条件温和,通常在常温下进行,对设备要求低,是应用前景广阔的无公害绿色化处理技术。水处理设备,南通纯水设备