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污水处理高级氧化技术方法分类及原理

北极星环保网来源:环保新课堂2018/1/12 9:46:06我要投稿

2湿式空气催化氧化法

湿式空气催化氧化(Catalytic Wet Air Oxidation,简称CWAO)法是在传统的湿式氧化处理工艺中加入适宜的催化剂使氧化反应能在更温和的条件下和更短的时间内完成。从而可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,也因此可减轻设备腐蚀、降低运行费用。

湿式空气催化氧化法的关键问题是高活性易回收的催化剂。CWAO的催化剂一般分为金属盐、氧化物和复合氧化物3类,按催化剂在体系中存在的形式,又可将湿式空气催化氧化法分为均相湿式催化氧化法和非均相湿式催化氧化法。

均相湿式催化氧化化法。在均相湿式催化氧化法中,由于催化剂(多为金属离子)是可溶性的过渡金属盐类,这些盐类以离子形式存在于废水中,在离子或分子的水平上通过引发氧化剂的自由基反应并不断地再生而对水中有机物的氧化反应起催化作用。

在均相湿式催化氧化法中由于催化剂在分子或离子水平上独立起作用,因而分子活性高,使得氧化效果较好。但由于均相湿式催化氧化法中的催化剂是以离子形式存在,较难从废水中回收和再利用,且易造成二次污染。

非均相湿式催化氧化法。非均相湿式催化氧化是向反应体系中加入不溶性的固体催化剂,其催化作用是在催化剂表面进行,催化剂的比表面积的大小对有机物的降解速率影响很大。由于固体催化剂的组成种类及废水性质的不同,湿式催化氧化的效果也不同。在多相湿式催化氧化法中,由于固体催化剂不溶解,不流失,活化再生及回收都较容易,因此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。

它同样是以水为液相主体,以空气中的氧为氧化剂,于高温高压下反应。但其改进与提高之处就在于利用水在超临界状态下的性质,水的介电常数减少至近似于有机物与气体,从而使气体和有机物能完全溶于水中,相界面消失,形成均相氧化体系,消除了在湿式氧化过程中存在的相际传质阻力,提高了反应速率,又由于在均相体系中氧化态自由基的独立活性更高,氧化程度也随之提高。

超临界水是有机物和氧的良好溶剂,有机物在富氧超临界水中进行均相氧化,其反应速度很快,在400~600℃下,几秒钟就能将有机物的结构破坏,反应完全、彻底,使有机碳、氢完全转化为CO2和H2O。

超临界水氧化技术由于其反应迅速、氧化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的温度和压力或缩短反应停留时间是本领域的一个研究热点。目前常用的催化剂大多是应用于湿式催化氧化工艺的催化剂,寻找对超临界水氧化技术具有广谱催化性能的催化剂是该技术推广中的一个难点。

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作用下使有机污染物氧化降解的反应过程。自然环境中的部分近紫外光(290~400nm)极易被有机污染物吸收,在有活性物质存在时即发生强烈的光化学反应,从而使有机物降解。但由于反应条件所限,光化学氧化降解往往不够彻底,易产生多种芳香族有机中间体,成为光化学氧化需要克服的问题。

自1976年Carey等首先采用TiO2光催化降解联苯和氯代联苯以来,光催化氧化技术的研究热点就转化到了以TiO2为催化剂的光催化氧化降解有机污染物这一方向上来。

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,加之TiO2化学稳定性高、无毒、价廉,故TiO2光催化氧化技术是一项具有广泛应用前景的新型水处理技术

超声波氧化法

声化学的发展使人们越来越关注其在水及废水处理中的应用。超声波氧化(ultrasonicoxidation)的动力来源是声空化,当足够强度的超声波(15kHz—20MHz)通过水溶液,在声波负压半周期,声压幅值超过液体内部静压,液体中的空化核迅速膨胀;在声波正压半周期,气泡又因绝热压缩而破裂,持续时间约0.1μs。破裂瞬间产生约5000K和100MPa的局部高温高压环境,并产生速率为110m/s的强冲击微射流。

超声波氧化采用的设备是磁电式或压电式超声波换能器,通过电磁换能产生超声波。实验室内使用较多的是辐射板式超声波仪、探头式以及NAP反应器等。超声波氧化反应条件温和,通常在常温下进行,对设备要求低,是应用前景广阔的无公害绿色化处理技术。

延伸阅读:

光催化氧化去除水源水低浓度有机物的应用研究进展

微气泡臭氧催化氧化深度处理化工园区废水研究

高级氧化技术处理垃圾渗滤液的研究进展

电催化氧化法处理含氨氮废水及工艺设计方案

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