污水处理高级氧化技术方法分类及原理

点击次数:268  更新时间2019-07-25  【关闭

          先进的氧化技术(AOT),又称深度氧化技术,是利用电、光照、催化剂,有时与氧化剂结合,在反应中产生高活性的自由基(如OH),然后通过添加、取代、电致变色等方法制备的。离子转移,自由基与有机物的键断裂,使废水难以降解。大分子有机化合物被氧化降解成低毒或无毒的小分子物质,甚至直接转化为接近完全矿化的C02和H20。

      先进的氧化处理技术作为一种物理化学处理技术,因其高效、彻底地去除有毒污染物,在有毒难降解工业废水的预处理中得到了广泛的应用。它已逐渐成为水处理技术的研究热点。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

      化学氧化技术是生物处理前处理的常用技术。一般来说,有机废水在催化剂作用下用化学氧化剂处理,以提高其生物降解能力,或直接氧化稳定废水中的有机物。

      1.芬顿氧化法

      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,芬顿默认的主要原理是用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂,生成氧自由基分子式:Fe2++H2O2——Fe3++OH大多数反应都是在酸性条件下进行的。

      在化学氧化法中,芬顿法在处理一些难降解有机化合物(如酚类和苯胺类)方面具有一定的优势。随着芬顿法的发展,近年来在芬顿法中引入了紫外线和草酸盐,大大提高了芬顿法的氧化能力。

      2.第二步。类芬顿氧化

      Fenton类反应是一种铁(III)、含铁矿物和其他过渡金属(如Co、Cd、Cu、Ag、Mn和Ni)在铁(II)的基础上,加速或取代铁(II),催化H_2o_2的反应。

      结果表明,Fe3+、Mn2+等均相催化剂和铁粉、石墨、铁锰矿物等均相催化剂也能分解过氧化氢产生,这就是所谓的芬顿样体系,因为它的基本反应过程类似于芬顿试剂。如果使用Fe3+而不是Fe2+,因为Fe2+是瞬间产生的,那么还原的可能性是多少?Fe2+降低了OH的利用效率?哦,可以改进。如果在Fenton体系中加入一些络合剂(如C2O 2-4、EDTA等),可以提高有机物的去除率。

      三。臭氧氧化法

      臭氧氧化系统具有很高的氧化还原电位,可氧化废水中的大部分有机污染物。广泛应用于工业废水处理。臭氧能氧化水中许多有机物,但臭氧与有机物的反应具有选择性,有机物不能完全分解成二氧化碳和水,臭氧氧化产物往往是羧酸。

      臭氧的化学性质非常不稳定,特别是在不纯净水中,氧化和分解的速度用分钟来测量[5]。在废水处理中,臭氧氧化通常不是一个单独的处理单元,通常会增加一些强化方法,如光催化臭氧氧化、碱催化臭氧氧化和多相催化臭氧氧化。此外,臭氧氧化与其他技术的结合也是研究的重点,如臭氧/超声波法、臭氧/生物活性炭吸附法等。

      电化学催化氧化

      该技术起源于20世纪40年代,具有应用范围广、降解效率高、能耗低、易于实现自动操作、应用灵活等优点。电化学催化氧化法不仅可用于难降解废水的预处理,提高难降解性,而且可用于难降解酚类废水的深度处理。在优化的酸碱度、温度和电流强度条件下,苯酚几乎完全分解。

      传统的生物法和物化法在处理高浓度、难降解、毒性大、危害性强的含酚废水方面已失去了优势。化学氧化由于成本高,阻碍了其推广应用。电化学催化氧化法虽然越来越受欢迎,但也存在着电耗、电极材料等问题。其中大部分为贵金属,成本高,阳极腐蚀严重。微观动力学和热力学研究对其推广应用的指导作用尚不完善。

      湿法氧化技术

      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。

      1.湿空气氧化

      美国Zimpro公司是第一家开发和工业化湿空气氧化(wao)工艺的公司。公司采用WAO工艺处理烯烃生产废水、丙烯腈生产废水生产废水等有毒有害工业废水。WAO技术可以在高温(125×1772 320 C)和高压(0.5—— 20MPa)下直接氧化降解大分子有机物为无机物或小分子有机物。

      采用湿空气氧化技术对二甲氧基废水进行预处理。有机磷和有机硫的去除率分别达到95%和90%。Zimpro的wao工艺效率高,反应时间短,但由于其高温高压要求,设备投资大,操作条件恶劣,很难被普通企业接受。因此,采用湿空气催化氧化工艺,用催化剂降低反应温度和压力或缩短反应停留时间是近距离的。在过去的几年里,它受到了广泛的关注和研究。

      2.第二步。湿空气催化氧化

      催化湿空气氧化(CWAO)是一种传统的湿空气氧化工艺,在该工艺中加入合适的催化剂,使氧化反应在较温和的条件下、较短的时间内完成。因此,可以降低反应温度和压力,提高氧化分解能力,加快反应速度,缩短停留时间,减少设备腐蚀,降低运行成本。

      湿空气催化氧化的关键问题是高活性、易回收催化剂。CWAO催化剂一般分为金属盐、氧化物和复合氧化物。根据系统中催化剂的形态,湿空气催化氧化可分为均相湿催化氧化法和均相湿催化氧化法。

      均相湿催化氧化法。在均相湿催化氧化中,由于催化剂(主要是金属离子)是可溶性过渡金属盐,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和连续再生来催化水中有机化合物的氧化。在离子或分子水平上。

      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。

      多相湿催化氧化。多相湿催化氧化是一种添加到反应体系中的固体催化剂。它的催化作用是在催化剂的表面进行的。催化剂的比表面积对有机物降解速率有很大的影响。由于固体催化剂的组成和废水性质的不同,湿法催化氧化的效果也不同。在多相湿法催化氧化过程中,固体催化剂具有不溶性、不损失、易活化、再生和回收等特点,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对湿空气氧化技术的改进和完善。它是由莫达公司于1982年开发的。其原理是以超临界水为介质氧化分解有机物。

      在高温高压下,以水为主要液相,以空气中的氧为氧化剂发生反应。但其改进和改进在于超临界状态下水的性质的利用,使水的介电常数降低到接近有机物和气体的介电常数,使气体和有机物完全溶解在水中,相界面消失。形成了均匀氧化体系,消除了湿氧化过程中的相间传质阻力。反应速率越高,均相体系中氧化自由基的独立活性越高,氧化程度越高。

      超临界水是有机物和氧气的良好溶剂。有机物在富氧超临界水中被均匀氧化。它的反应速度很快。在400 x 1772 600摄氏度下,有机物质的结构可以在几秒钟内被破坏。反应彻底,使有机碳和氢气完全转化为二氧化碳和氢气。

      超临界水氧化(SCWO)反应迅速、彻底,引起了越来越多的关注。如何通过催化剂降低反应温度和压力或缩短反应停留时间是该领域的研究热点。目前,湿法催化氧化过程中使用的催化剂大多是催化剂。在超临界水氧化技术中,寻找具有广谱催化性能的催化剂是一个难点。

      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。光化学氧化是有机污染物在可见光或紫外光下氧化降解的过程。在自然环境中,一些近紫外光(2900x172400nm)很容易被有机污染物吸收,在有活性物质存在的情况下发生强烈的光化学反应,从而降解有机物。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,成为光化学氧化中需要克服的问题。

      自Carey等人1976年首次采用二氧化钛光催化降解联苯和氯化联苯,光催化氧化技术的研究热点转向以二氧化钛为催化剂的有机污染物光催化氧化降解研究方向。

      二氧化钛光催化氧化技术具有结构简单、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、成本低等优点,是一种应用广泛的新型水处理技术。阳离子前景。

      超声氧化

      随着声化学的发展,其在水处理和废水处理中的应用越来越受到重视。超声氧化的动力源是声空化。当足够的超声强度(15kHz-20mHz)通过水溶液时,声压的振幅超过液体的内部静压,空化核在液体中迅速膨胀。在声正压的半个周期内,气泡由于绝热压缩而破裂,并持续很长时间。间隔约为0.1 ugs。破裂时产生局部高温高压环境约5000K、100MPa,产生110 m/s的强冲击微射流。

      用于超声氧化的设备是磁电或压电超声传感器,它可以通过电磁传感器产生超声波。辐射板式超声仪器、探针式超声仪器和NAP反应器在实验室中得到了广泛的应用。超声氧化反应条件温和,一般在室温下进行,对设备要求低,是一种无污染的绿色处理技术,具有广阔的应用前景。

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