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污水处理技术原理

发布时间:2019-07-10 16:12:01 浏览:198次

作为物化处理技术之一,高级氧化处理技术具有处理效率高,有毒污染物彻底破坏的优点,被广泛应用于有毒,难降解工业废水的预处理过程中,逐渐成为水中的热点。治疗技术研究。 。目前先进的氧化技术主要包括化学氧化,电化学氧化,湿法氧化,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H.J. Fenton提出。在酸性条件下,h2o2可以在Fe2+离子的催化下有效氧化酒石酸。2],并应用于苹果酸的氧化。长期以来,人们默认的芬顿原理是使用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂。反应生成Fe2++h2o2-fe3+oh-+oh的羟基自由基,反应多在酸性条件下。..

在化学氧化法中,Fenton法在处理一些难降解有机物(如苯酚类、苯胺类)方面显示出一定的优越性。随着人们对Fenton法研究的深入,近年来又把紫外光(UV)、草酸盐等引入Fenton法中,使Fenton法的氧化能力大大增强。

2 类芬顿氧化法

芬顿反应除了fe(ii)外,它是fe(iii)、含铁矿物和其他过渡金属如co、cd、cu、ag、mn、ni的一类反应的总称。可以加速或取代fe(ii)并催化h 2o2的等c。

研究表明,使用fe3+、mn2+等均相催化剂,以及铁粉、石墨、铁、氧化锰矿物等非均相催化剂,也可以分解h2o2生成oh,因为基本反应过程与芬顿试剂相似,称为芬顿状体系,如果使用fe3+而不是fe2+2+,则可以通过效率提高,因为fe2+2+被还原,因此可以立即生成feoh

3 臭氧氧化法

臭氧氧化系统具有较高的氧化还原潜力,可以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。臭氧可以氧化水中的许多有机物,但臭氧与有机物之间的反应是选择性的,有机物不能完全分解成CO2和H2O。臭氧氧化后的产物通常是羧酸有机物质。

臭氧的化学性质极不稳定,特别是在非纯水中,氧化分解的速度在几分钟内[5]。在废水处理中,臭氧氧化通常不作为单独的处理单元使用,并且通常添加一些强化手段,例如光催化臭氧化,碱催化臭氧化和非均相催化臭氧化。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。

电化学催化氧化法

该技术起源于20世纪40年代,具有应用范围广,降解效率高,能量要求简单,自动化方便,应用方法灵活等优点。电化学催化氧化不仅可用于难降解废水的预处理,提高生物降解性,而且可作为难降解酚类废水的先进处理技术。在优化的pH,温度和电流强度下,可以使用苯酚。几乎完全分解。

对于高浓度、难降解、有毒、有害的酚类废水,传统的生物方法和物理化学方法已失去优势,化学氧化方法因其成本昂贵而阻碍了其推广和应用。电化学催化氧化方法越来越普及。然而,它也存在一些问题,如耗电量大,电极材料多为贵金属,成本高,阳极腐蚀严重,指导其推广应用的微动力学和热力学研究尚不完善。

湿式氧化技术

湿式氧化,也称为湿式燃烧,是处理高浓度有机废水的有效方法。基本原理是在高温高压条件下通过空气,使废水中的有机污染物根据处理过程被氧化。催化剂的存在或不存在可分为两种类型:湿空气氧化和湿空气催化氧化。

1 湿式空气氧化法

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、农药生产废水等有毒有害工业废水。WAO技术可以在高温(125-320℃)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 湿式空气催化氧化法

湿空气催化氧化(cwao)法是在传统的湿氧化过程中加入合适的催化剂,使氧化反应在较温和的条件下,在较短的时间内完成,这样可以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,因此也可以降低设备的腐蚀和运行成本。

湿空气催化氧化的关键问题是高活性和易回收催化剂,cwao的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式,湿空气催化氧化可分为均相湿催化氧化和异相湿催化氧化两种方法。

均匀湿催化氧化法。在均相湿催化氧化法中,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。在离子或分子的水平上,水中有机物的氧化是由引发氧化剂并继续再生的自由基反应所催化的。

在均相湿催化氧化过程中,由于催化剂在分子或离子水平上独立作用,分子活性高,因此氧化效果好。然而,由于均相湿催化氧化法中的催化剂以离子的形式存在,难以从废水中回收和再利用,并且容易引起二次污染。

非均匀性湿催化氧化法,非均匀性湿催化氧化是一种添加到反应系统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率有很大影响,由于不同种类的固体催化剂和废水的不同性质,湿催化氧化的效果不太容易活化,在多相催化和湿催化氧化法中也有不同的应用前景,因此湿催化作用不太容易,催化剂也不容易。

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。

它也以水作为液体的主体,空气中的氧气作为氧化剂,在高温高压下反应。然而,它的改进和改进在于在超临界条件下用水。水的介电常数被还原为类似于有机物和气体的东西,这样气体和有机物就可以完全溶解在水中,相界面消失形成均匀相。氧化体系,消除了湿氧化过程中的交叉相传质阻力,提高了反应速率。此外,均匀体系中氧化自由基的独立活性较高,氧化程度也较高。

超临界水是有机物和氧气的良好溶剂。有机物质在富氧的超临界水中均匀氧化。反应速度非常快。在400-600℃,有机物的结构可在几秒钟内被破坏,反应完成。彻底将有机碳和氢转化为CO2和H2O。

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。光化学氧化技术是在可见光或紫外光的作用下氧化降解有机污染物的反应过程。自然环境中的部分近紫外光(290-400nm)容易被有机污染物吸收,并且在活性物质存在下发生强烈的光化学反应,从而降解有机物质。然而,由于反应条件有限,光化学氧化降解通常不够彻底,不易产生各种芳香族有机中间体,这已成为光化学氧化需要克服的问题。

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。

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,再加上tio2化学稳定性,无毒、廉价,因此,氧化技术是一种具有广阔应用前景的新型水处理技术。

超声波氧化法

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。在声波正压的半个周期内,气泡由于绝热压缩而破裂。持续时间约为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换能器,它通过电磁能量交换产生超声波。在实验室里,有更多的辐射板超音波仪器、探针类型和午睡反应堆。超声氧化反应条件温和,通常在室温下进行,设备要求低。它是一种无公害的绿色处理技术,应用前景广阔。