Järn- och stålindustrins snabba utveckling har producerat en stor mängd svårbehandlat industriellt avloppsvatten, särskilt koksvatten, som innehåller en stor mängd giftigt, skadligt och svårnedbrytbart organiskt material med hög koncentration. Den har egenskaperna hos komplex sammansättning och stora förändringar i vattenkvalitet och volym. Behandlingen av koksavloppsvatten orsakar alltmer människors oro. Uppmärksamma. För närvarande är behandlingen av koksavloppsvatten huvudsakligen traditionella biologiska behandlingsmetoder, flocknings- och koagulationsmetoder och adsorptionsmetoder. Koksavloppsvattnet har dålig biologisk nedbrytbarhet och måste spädas i stor mängd innan biokemisk behandling. Efter att det biokemiska utsläppet COD (kemiskt syrebehov) och ammoniakkvävehalten är svårt att uppfylla standarden samtidigt måste det behandlas ytterligare. Vissa avancerade behandlingstekniker har dock höga bearbetningskostnader, och det är svårt att helt bryta ner vissa giftiga och skadliga ämnen, och de är benägna att sekundär förorening. Baserat på den nuvarande statusen för koksavloppsrening är det mycket nödvändigt att studera effektiv och miljövänlig behandlingsteknik.
Advanced Oxidation Process (AOPs) använder de extremt aktiva hydroxylradikalerna (· OH) som genereras i reaktionssystemet för att attackera organiska föroreningar, och i slutändan oxidera organiska föroreningar till CO2, H2O och andra giftfria Liten molekylsyra är en grön, miljömässig miljö vänlig och effektiv avloppsvattenreningsteknik. För närvarande omfattar avancerad oxidationsteknik huvudsakligen kemisk oxidation, fotokemisk oxidation, fotokatalytisk oxidation, våt katalytisk oxidation, etc. Eftersom AOP har fördelarna med stark oxidation och enkel kontroll av driftsförhållanden har de lockat mer och mer uppmärksamhet under de senaste åren.
▶ Kemisk oxidation
Denna metod använder kemiska oxidanter för att omvandla flytande eller gasformiga oorganiska eller organiska ämnen till lätt giftiga eller giftfria ämnen eller omvandla dem till lätt separerbara former. Vanliga oxidationsmedel inom vattenbehandling är ozon, väteperoxid, kaliumpermanganat och liknande. I fenolavloppsreningsprocessen är applicering av ozon och väteperoxid den vanligaste.
För närvarande har många länder i världen använt ozon för desinfektion, särskilt i Europa används ozon vid vattenrening i vattenverk. Tillsätt fasta katalysatorer till ozonoxidationssystemet, till exempel aktivt kol med en stor ytarea. Ozon och aktivt kol används samtidigt för att spela en katalytisk roll och kan absorbera småmolekylprodukterna efter ozonoxidation. De två ökar tillsammans OH- i lösningen. Det har en synergistisk effekt för att generera fler hydroxylradikaler.
Väteperoxid är en stark oxidant. Den har en snabb oxidationsreaktion i en alkalisk lösning och leder inte till föroreningsjoner till reaktionslösningen. Därför används den väl vid behandling av en mängd olika organiska eller oorganiska föroreningar. Väteperoxid har använts för att avlägsna COD i industriellt avloppsvatten under lång tid. Även om priset för att använda kemisk oxidation för att rena avloppsvatten är högre än vanliga fysiska och biologiska metoder, har denna metod oföränderliga effekter med andra behandlingsmetoder, såsom giftiga. Försmältning av farligt eller icke-biologiskt nedbrytbart avloppsvatten, förbehandling av avloppsvatten med hög koncentration/lågt flöde etc. Effekten av att enbart använda väteperoxid för att bryta ned högkoncentrationsstabila eldfasta föreningar är inte bra. Det kan förbättras genom att använda övergångsmetallsalter. Den vanligaste metoden är att använda järnsalter för att aktivera.
▶ Fentons' s reagensmetod.
Fenton -reagenset, som består av lösligt järnsalt och väteperoxid blandat i ett visst förhållande, kan oxidera många organiska molekyler, och systemet kräver inte hög temperatur och högt tryck. Fe2+ i reagenset kan initiera och främja sönderdelning av väteperoxid och därigenom generera hydroxylradikaler. Vissa giftiga och skadliga ämnen som fenol, klorfenol, klorbensen och nitrofenol kan också oxideras med Fentons&reagens och Fentonliknande reagens.
Kombinationen av väteperoxid och ozon och kombinationen av väteperoxid och ultraviolett kallas Fenton-liknande teknik, och dess princip är i princip densamma som för Fenton-teknik.
▶Fotokemisk oxidation
Denna metod är en kemisk reaktion som utförs under påverkan av ljus. Det kräver molekyler att absorbera elektromagnetisk strålning med en specifik våglängd och är upphetsade för att producera ett molekylärt exciterat tillstånd och sedan kemiskt byta till ett annat stabilt tillstånd eller bli en mellanprodukt som initierar en termisk reaktion. Nedbrytningseffekten av enkel ultraviolett ljusstrålning är svag. Genom att införa en lämplig mängd oxidanter (såsom H2O2, O3, etc.) i metoden för ultraviolett ljus kan avloppsreningseffekten optimeras avsevärt och nedbrytningshastigheten kan accelereras. Det finns två sätt för bildnedbrytning av organiskt material: direkt bildnedbrytning och indirekt bildnedbrytning. Det förstnämnda hänvisar till den direkta reaktionen av organiska materialmolekyler med ämnen i den omgivande miljön efter absorbering av ljusenergi; det senare hänvisar till vissa ämnen som finns i den organiska miljön Processen att absorbera ljusenergi till ett upphetsat tillstånd och sedan inducera reaktionen av organiskt material och föroreningar. Bland dem är indirekt ljusnedbrytning av organiskt material viktigare.
Våglängdsområdet som kan användas i den fotokemiska oxidationsmetoden är 200 nm ~ 700 nm, det vill säga intervallet för ultraviolett ljus och synligt ljus. Fotokemisk oxidation har tillämpningar inom luftföroreningskontroll och avloppsrening. Det kan delas in i UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton och andra system enligt olika typer av oxidanter. Oavsett system försämrar fotokemiska reaktioner i allmänhet organiska ämnen genom att generera hydroxylradikaler.
Till exempel, i UV/O3 -systemet, kommer vätskefas -ozonen att sönderdelas för att producera hydroxylradikaler under ultraviolett strålning, och den ultravioletta absorptionshastigheten når maximalt vid 253,7 nm, vilket kan oxidera det mesta organiska materialet till CO2 och vatten och används för att behandla järn i industriellt avloppsvatten. Cyanat, organiska föreningar, kvävebaserade syror, alkoholer, bekämpningsmedel, organiska föreningar som innehåller kväve, svavel eller fosfor och klorerade organiska ämnen och andra föroreningar.
▶Fotokatalytisk oxidation
I denna metod ger en fotokatalysator (även kallad en fotokatalysator) en katalytisk effekt under bestrålning av en ljuskälla med en specifik våglängd, så att de omgivande vattenmolekylerna och syret exciteras för att bilda extremt aktiv · OH- och · O2 fri jon grupper. Den fotokatalytiska oxidationstekniken använder katalysatorer som TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 och Fe3O4.
TiO2 är den vanligaste katalysatorn. I den fotokatalytiska reaktionen påverkas den fotokatalytiska aktiviteten av TiO2 huvudsakligen av kristallfasen, kornstorleken och den specifika ytarean. När kristallfasen bestäms blir kristallkornets storlek och specifika ytarea viktiga faktorer vid fotokatalys av TiO2. Ju mindre partikelstorlek, desto kortare diffusionstid för fotogenererade elektroner och hål, och ju större den specifika ytarean är, desto effektivare är det att absorbera föroreningar i vatten. Ämnet för att förbättra fotokatalytisk prestanda. När katalysatorpartikelstorleken når nanometernivån kan den också ge en kvanteffekt för att förbättra ljusabsorptionshastigheten och utnyttjandegraden, vilket är en viktig riktning för aktuell katalysatorforskning.
Fotokatalytisk oxidation har egenskaperna hos giftfrihet och enkla driftsförhållanden. Ultraviolett ljus, simulerat solljus och solljus kan användas som ljuskällor och naturliga förhållanden (t.ex. luft) kan användas som katalytiska promotorer. Den har hög aktivitet, god stabilitet och kan göra organiska Föroreningarna bryts helt ned och det finns ingen sekundär förorening. Under de senaste åren har människor gjort mycket arbete för att kunna utnyttja naturligt ljus för att bryta ned olika föroreningar för att förbättra katalytisk aktivitet och utöka våglängdsintervallet för excitationsljus, som också kallas ytmodifiering av katalysatorer. Övergångsmetaldopning av TiO2 kan bilda nya modifierade energinivåer genom att avsätta ädelmetaller och därigenom bredda sitt fotoresponsområde. Modifieringsbehandlingar som fotosensibilisering kan förbättra fotokatalytisk prestanda.
Tillämpningsområdena för fotokatalytisk oxidation inkluderar främst behandling av färgämnesavloppsvatten, organiskt avloppsvatten med hög koncentration och avlägsnande av svårnedbrytbara mikroföroreningar i det avancerade behandlingsstadiet av dricksvatten. Under normala omständigheter kan TiO2 fotokatalytisk oxidation endast utföras i våglängdsområdet för ultraviolett ljus, vilket begränsar popularisering och tillämpning av fotokatalytisk teknik. Dessutom är utvecklingen av fotokatalytiska oxidationsreaktorer fortfarande omogen, och det är svårt att uppnå storskalig bearbetning.
▶Våt oxidation
Denna metod är en avancerad oxidationsmetod som använder oxidanter för att oxidera organiskt material i avloppsvatten till koldioxid och vatten under hög temperatur och högt tryck, och därmed avlägsna föroreningar. Metoden har egenskaperna för ett brett tillämpningsområde, hög behandlingseffektivitet, få sekundära föroreningar, snabb oxidationshastighet och återvinningsbar energi och användbara material. I Japan och USA har denna typ av metoder använts inom teknik, är spetsteknik och har stora möjligheter att utvecklas. Denna metod har emellertid också ett problem, det vill säga att våtoxidation i allmänhet måste utföras under högtemperatur- och högtrycksförhållanden. Mellanprodukten är ofta organisk syra, som kräver material med hög utrustning, dyra katalysatorer, och är endast lämplig för små flöden och högkoncentrerat avloppsvatten ...
Våtoxidationsmetoder inkluderar två typer: subkritisk vattenoxidation och superkritisk vattenoxidation. Superkritisk vattenoxidationsteknik hänvisar till en ny och högeffektiv avfallsteknologi där vatten oxideras för att behandla organiska föroreningar under superkritiska förhållanden. Under en viss temperatur och tryck kan nästan allt organiskt material oxideras fullständigt och sönderdelas på kort tid, vilket förkortar avloppsreningstiden kraftigt. Behandlingsanordningen är helt sluten, vilket sparar utrymme och har ingen sekundär förorening.
I överkritiskt vatten reduceras saltets löslighet avsevärt, medan lösligheten för organiska ämnen ökar avsevärt. Till exempel kan bensen, hexan, N2, O2, etc. vara helt blandbar med vatten och orsaka förändringar i densitet, viskositet och diffusionskoefficient. Diffusionskoefficienten minskar med ökningen av densitet. Eftersom den våta oxidationstekniken använder högre temperatur och tryck minskar vattnets densitet, diffusionskoefficienten blir större och massöverföringshastigheten ökar kraftigt.
Användningsområdena för våtoxidation inkluderar huvudsakligen bekämpningsmedelsavloppsrening, fenolavloppsrening, tryckning och färgning av avloppsvatten och slambehandling. Med hjälp av biokemisk behandling kan utsläpp av avloppsvatten uppnås.
Avancerad oxidationsteknik kan mineralisera organiska föroreningar till koldioxid och vatten. Det är en miljövänlig process, men den höga bearbetningskostnaden vid nedbrytning av föroreningar är en" flaskhals" begränsa dess marknadsföring. I Kinas avancerade oxidationsteknik &, förutom några få som Fenton-metoden och ozonoxidationsteknik som har tillämpats vid faktisk vattenrening, är resten mestadels i laboratorieforskning eller småskaligt teststadium. Endast genom att lösa nackdelarna med höga investerings- och behandlingskostnader för avancerad oxidationsteknik, allvarlig utrustningskorrosion och en liten mängd behandlat vatten kan dess tillämpning i den faktiska industrin påskyndas. Utvecklingsriktningen för avancerad oxidationsteknik kan sammanfattas enligt följande:
Det ena är att vissa tekniker som fotokatalytisk oxidationsteknik och ozonoxidationsteknik kan förbättra avloppsvattnets biologiska nedbrytbarhet, men det är svårt och kostsamt att behandla koksvatten separat. Det kan kombineras med biokemisk teknik för att minska koksavloppets biologiska toxicitet och förbättra biologisk nedbrytbarhet. , Och använd sedan lågkonsumtion och högeffektiva biokemiska metoder för behandling.
För det andra har teknik som våt katalytisk oxidation och superkritisk vattenoxidation höga krav på utrustning och höga bearbetningskostnader. Särskild forskning och utveckling kan utföras för reaktormaterial och lågkostnadskatalysatorer. Vid behandling av koksavloppsvatten bör det svårbehandlade avloppsvattnet, såsom kvarvarande ammoniak, inte blandas med annat avloppsvatten, öka mängden avloppsvatten och sedan använda ovan nämnda avancerade oxidationsmedel för behandling.
Den tredje är att designa en reaktor med en enkel struktur, hög effektivitet, naturligt ljus och långsiktig stabil drift, förbättra behandlingseffektiviteten för fotokemisk oxidation och fotokatalytisk oxidationsteknik och kombinera den med koagulation, adsorption och annan teknik.