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污水处理技术篇:废水处理的实用高级氧化技术

2016-10-01 10:12:18 来源:

。Demmin等用可溶性的铁或铝为阳极,研究了地毯印染废水的电化学处理,BOD和COD去除率达50%~70%,色度去除率达90%以上。近年来,也有人利用O2在阴极还原为H202,而后生成羟基自由基(HO•),进而氧化有机物的新方法,可用于处理苯酚、苯胺、醛类及氰化物。

电解催化氧化的优点:

(1)电解装置设备简单,操作容易,控制方便,价格便宜。

(2)阳极可以氧化污染物,改变阳极材料可以破坏不同类型的有机物。

(3)阴极可以回收重金属,使破坏有机污染物与回收液中重金属同步进行,一举二得。

电解催化氧化的缺点是:

(1)可溶性的电极氧化法电极的消耗过大,电流效率偏低,反应器效率不高。

(2)用电化学法彻底分解水中有机物能耗较高,设备成本也较高,这是电化学法单独使用时需要克服的问题。

最近,南京赛佳环保有限公司发明了多维电催化高浓度工业废水处理设备(SGE-EC型),该设备是在传统的二维电解电极间装填粒状工作电极,形成多维电极结构。其主要特点是:阳极采用钛基涂层电极(DSA阳极),极板表而担载有多种催化物质涂层,具有高效、长寿命的特点。在阴、阳极问充填了附载有多种催化材料的导电粒子和不导电粒子,形成复极性粒子电极,提高了液相传质效率和电流效率。与传统二维电极相比,多维电极的面积比大大增加,且粒子间距小,因而液相传质效率高,大大提高了电流效率、单位时空效率、污水处理效率和有机物降解效果,同时对电导率低的废水也有良好的适应性。该法提高了常规电解催化的氧化能力,降低了阳极的消耗。

3.5湿式空气氧化和湿式催化氧化法

湿式催化氧化法(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,以空气中的O2为氧化剂,在液相中将有机污染物氧化为CO2、H2O等无机小分子或有机小分子的化学过程。

一般认为,湿式氧化反应是自由基反应,其过程分为链的引发、链的发展或传递以及链的终止几个阶段。链的引发阶段,主要是由分子氧与反应物分子作用生成烃基自由基(R•);链的发展或传递阶段,自由基与反应物分子相互作用,产生酯基自由基(ROO•)、羟基自由基(HO•)以及烃基自由基(R•),羟基自由基有强氧化性,可以氧化有机废物;链的终止阶段,自由基之问相互碰撞生成稳定的分子,使链的增长过程中断,反应停止。

美国兰达尔曾对多种农药废水进行湿式氧化法处理,当反应温度为204~316℃时,包括碳氯化合物和氯化物在内的多种化合物的分解率均接近99%。对于难氧化的氯化物,如多氯联苯、滴滴涕和五氯苯酚等,使用混合催化剂进行湿式氧化处理,其去除率可达85%以上。

湿式氧化技术和湿式催化氧化工艺在处理活性污泥、酿酒蒸发废水、造纸黑色废水、含氰(或腈)废水、农药等工业废水以及活性炭再生利用、煤氧化脱硫等方面都有重要的用途。到目前为止,世界上已有大约240套湿式氧化装置用于石化废碱液、烯烃生产洗涤液、丙烯腈生产废水等有毒有害工业废水的处理。湿式催化氧化的优点:

(1)应用范围广,几乎可以无选择地有效氧化各类高浓度有机废水,处理效果好,在合适的温度和压力条件下,COD处理率可达90%以上。

(2)对有机污染物的氧化速率快,一般只需30~60min,二次污染少,能耗较低。

(3)余热和某些物质可回收利用。

3.6超临界水氧化法

1982年,美国学者Modell首先提出了超临界水氧化(SCWO)法,它与湿式氧化法一样也是以水为液相主体,以空气中的氧为氧化剂,在高温高压下反应,但其改进与提高之处在于它利用水在超临界状态(Ѳc>374℃,Pc>22.05MPa)下性质发生较大的变化,介电常数减少至与有机物和气体一样,从而使气体、有机物完全溶于水中,气液相界面消失,形成了均相氧化体系,由氧气攻击最初的有机物而产生有机自由基,进一步反应就生成羟基自由基,再氧化分解有机物。由于消除了在湿式氧化体系中存在的相际传质阻力,提高了反应速率,且在均相体系中氧化,自由基的独立活性更高,氧化程度随之提高。

超临界水的特性为:临界温度374.1℃,临界压力21.76MPa,临界体积56.03cm3/mol,临界密度0.332g/cm3,压缩因子0.2,偏心因子0.44,介电常数5。美国Shanablen等对废水处理厂排出的污泥进行了超临界水氧化实验,结果表明,在5min的停留时间内有99%以上的COD被去除,其产物是清洁、无色无味的CO2、H2O等小分子无机物。

林春绵等采用超临界水氧化法降解染料中间体,在一定的范围内,提高氧化降解的温度,增加初始废水的浓度以及延长接触时间都可以增加COD去除率,最高可达99.7%。马承愚等利用超临界水氧化法处理偶氮染料生产废水,在温度为520℃,压力为28MPa的条件下,氧化反应180s和240s时,COD去除率分别达到98.37%和99.09%,氧化反应240s时的色度去除率为99.67%,可使高浓度难降解印染废水处理达到国家排放标准。

超临界水氧化的优点是:

(1)均相反应速度快(<1min),分解有机物效率高(>99%),不产生中问产物。

(2)无二次污染,最终氧化产物为CO2、H2O、SO42-和PO43-。

(3)反应为放热反应,对高浓度有机物可实现自热反应,节省能源。

超临界水氧化的缺点是:

(1)需要高温高压,且需特别的设备,投资大,成本高,要专业人员管理与维护,推广应用较困难。

(2)仍有诸如盐沉淀、腐蚀及基础数据缺乏等问题还没有得到根本的解决。这些问题在一定程度上阻碍了超临界水氧化法的工业化进程。

超临界水氧化法由于其反应速度快,氧化程度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条件或缩短反应停留时间,提高反应转化率,成为该领域的一个研究热点。3.7超声氧化法

超声化学氧化主要是利用频率在15kHz~1MHz的声波,在微小的区域内瞬问高温高压下产生的氧化剂(如HO.)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。

以一定频率和压强的超声波照射溶液时,在声波负压作用下溶液中产生了空化泡,在随后的声波正压相的作用下空化泡迅速崩溃,整个过程发生在纳秒至微秒的时间内,气泡快速崩溃伴随着气泡内蒸气相的绝热压缩,产生瞬时的高温高压,形成所谓的“热点”,同时产生有强烈冲击力的高速微射流。

进入空化泡中的水蒸气在高温高压下发生分裂及链式反应,产生HO•、HOO•、H•等自由基以及H202、H2等物质。声化学反应的途径主要包括高温高压热解反应和自由基氧化反应两种。

超声氧化的优点有:

(1)设备易得,操作简单,使用方便。

(2)可把有毒有机物降解为毒性较小甚至无毒的小分子,降解速度快,不会造成二次污染等问题。例如对卤代烃、卤代脂肪烃等,光催化氧化、臭氧氧化、生物处理均难以降解,而超声降解时却可取得很好的效果。

超声氧化的缺点:

(1)超声波的产生需要消耗大量的能量。

(2)超声波技术降解废水大多属于实验室阶段,且由于声化学反应过程的降解机理、反应动力学及反应器的设计放大等方而的研究开展得很不充分,目前还难以实现工程化。

4结语

高级氧化技术就是用各种强化技术使其尽快、更多地产生具有强氧化能力的羟基自由基,再通过它与有害且难降解的有机物发生链式反应,使其快速降解为无毒无害的CO2、SO42-、PO43-和H2O。哪种技术可在常温常压下快速而经济地产生大量的羟基自由基,它就是最实用且最有发展前途的技术。

根据目前国内外的研究情况来看,各种高级氧化法有不同的特点,适于不同废水的处理,但从经济、技术两方面综合来看,笔者认为金属催化臭氧氧化和光催化氧化是未来较有发展前途的技术。臭氧本身氧化力强,金属催化剂又易于制造和经久耐用,不需另加其他药剂,操作成本极低,两者的完美结合,就可获得既经济又高效的氧化技术。

光催化氧化的关键是要有高功率的低波长紫外线发生器(或紫外灯管)和易于吸收紫外线的高效光催化剂,德国在这一领域已走在世界的前列,我国还需努力赶上。

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