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高级氧化技术的特点和应用

时间:2019-04-11 13:20

来源: 水博网

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目前废水处理最常用的生物法对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理较困难,而化学氧化可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性,同时还对环境类激素等微量有害化学物质的处理方面有很大的优势。

然而O3、H2O2和Cl2等氧化剂的氧化能力不强且有选择性等缺点难以满足要求。1987年Gaze等人提出了高级氧化法(AdvancedOxidation processible, 简称AOPs),它克服了普通氧化法存在的问题,并以其独特的优点越来越引起重视。

特 点

高级氧化法最显著的特点是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应,反应中生成的有机自由基可以继续参加·HO的链式反应,或者通过生成有机过氧化自由基后,进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O,从而达到氧化分解有机物的目的。

与其他传统的水处理方法相比,高级氧化法具有以下特点:

产生大量非常活泼的羟基自由基·HO其氧化能力(2.80v)仅次于氟(2.87),它作为反应的中间产物,可诱发后面的链反应,羟基自由基与不同有机物质的反应速率常数相差很小,当水中存在多种污染物时,不会出现一种物质得到降解而另一种物质基本不变的情况;

HO无法选择地直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害物,不会产生二次污染;

普通化学氧化法由于氧化能力差,反应有选择性等原因,往往不能直接达到完全去除有机物降低TOC和COD的目的,而高级氧化法则基本不存在这个问题,氧化过程中的中间产物均可以继续同羟基自由基反应,直至最后完全被氧化成二氧化碳和水,从而达到了彻底去除TOC、COD的目的。

由于它是一种物理化学过程,很容易加以控制,以满足处理需要,甚至可以降低10-9级的污染物;同普通的化学氧化法相比,高级氧化法的反应速度很快,一般反应速率常数大于109mol-1Ls-1,能在很短时间内达到处理要求;既可作为单独处理,又可与其他处理过程相匹配,如作为生化处理的预处理,可降低处理成本。

发展方向

高级氧化技术可将有机污染物矿化成二氧化碳和水,是环境友好型工艺,但其降解污染物时处理成本过高是制约其推广的“瓶颈”。在我国高级氧化技术中除少数如芬顿法、臭氧氧化技术等已在实际水处理中有所应用,其余还多处于实验室研究或小型试验阶段。只有解决了高级氧化技术投资处理成本高、设备腐蚀严重、处理水量小等缺点,才能加快其在实际工业中的应用。高级氧化技术的发展方向可总结为以下几点:

一是部分技术例如光催化氧化技术、臭氧氧化技术能够提高废水的可生化性,但单独处理焦化废水难度大、成本高,可将其与生化技术结合,降低焦化废水的生物毒性,提高可生化性,再采用低耗高效的生化法进行处理。

二是湿式催化氧化、超临界水氧化等技术对设备要求高,处理成本高,可针对反应器材质和低廉催化剂进行专项研发。在焦化废水处理中,难处理的废水如剩余氨水不要混入其他废水中,增加其废水量,进而采用上述高级氧化剂进行处理。

三是设计结构简单、效率高、能应用自然光并可长期稳定运行的反应器,提高光化学氧化、光催化氧化技术的处理效率,并将其与混凝法、吸附法等技术联合。

技术介绍

【光化学氧化法】

由于反应条件温和、氧化能力强光化学氧化法近年来迅速发展,但由于反应条件的限制,光化学法处理有机物时会产生多种芳香族有机中间体,致使有机物降解不够彻底,这成为了光化学氧化需要克服的问题。光化学氧化法包括光激发氧化法(如03/UV)和光催化氧化法(如Ti02/UV)。

光激发氧化法主要以03、H202、02和空气作为氧化剂,在光辐射作用下产生-OH;光催化氧化法则是在反应溶液中加入一定量的半导体催化剂,使其在紫外光的照射下产生-OH,两者都是通过-OH的强氧化作用对有机污染物进行处理。

【催化湿式氧化法】

催化湿式氧化法(CWAO)是指在高温(123℃~320℃)、高压(0.5~10MPa)和催化剂(氧化物、贵金属等)存在的条件下,将污水中的有机污染物和NH3-N氧化分解成C02、N2和H20等无害物质的方法。

基本原理:该处理工艺在一定温度和压力条件下,在填充专用催化剂的反应器中,保持废水在液体状态。在氧气作用下,利用催化氧化的原理,一次性地对高浓度有机废水的COD、TOC、氨、氰等污染物进行氧化分解的深度处理,使之转变为CO2、N2、水等无害成分,并同时脱臭、脱色及杀菌消毒。从而达到净化处理水的目的。该工艺不产生污泥,只有少量装器内部的清洗废液需要单独处理。当达到处理规模时,还以热能形式收大赞能量。

催化湿式氧化法主要指标及条件

【技术指标】

(1)处理水水质:高浓度的废水水质(COD≥10000mg/L、NH3-N≥500mg/L,T-CN>5000mg/L)。

(2)高温高压反应的操作指标:温度200-300度、压力1.0~10MPa、反应空气比1.0-2.0

(3)污染物去除率:COD≥95%、NH3-N≥97%,T-CN≥99%,挥发酚≥99%。

(4)污染物的处理成本:通常情况下去除每kgCOD需0.5-3.0元。

【条件要求】

高COD浓度的进水水顺适用于厂泛的氨氮和pH范围。废水中不得含有大量的可污染催化剂的物质(如金属).以及易造成设备或管道堵塞的物质。此类物质在进行反应前需做相应的处理。

【声化学氧化】

声化学氧化中主要是超声波的利用。超声波法用于垃圾渗滤液的处理主要有两个方面:一是利用频率在15kHz~1MHz的声波,在微小的区域内瞬间高温高压下产生的氧化剂(如-OH)去除难降解有机物。另外一种是超声波吹脱,主要用于废水中高浓度的难降解有机物的处理。

臭氧氧化法

臭氧氧化法主要通过直接反应和间接反应两种途径得以实现。其中直接反应是指臭氧与有机物直接发生反应,这种方式具有较强的选择性,一般是进攻具有双键的有机物,通常对不饱和脂肪烃和芳香烃类化合物较有效;间接反应是指臭氧分解产生-OH,通过-OH与有机物进行氧化反应,这种方式不具有选择性。

编辑:王媛媛

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