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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

北极星环保网讯:高级氧化技术(简称AOT)又称深度氧化技术,其基础在于运用电、光辐照、催化剂,有时还与氧化剂结合,在反应中产生活性极强的自由基(如OH),再通过自由基与有机化合物间的加合、取代、电子转移、断键等,使废水中难降解的大分子有机物氧化降解成为低毒或者无毒的小分子物质,甚至直接降解成为C02和H20,接近完全矿化。

高级氧化技术

高级氧化处理技术作为物化处理技术之一,具有处理效率高、对有毒污染物破坏较彻底等优点而被广泛应用于有毒难降解工业废水的预处理工艺中,已经逐渐成为水处理技术研究的热点。目前的高级氧化技术主要包括化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。

化学氧化技术

化学氧化技术常用于生物处理的前处理。一般是在催化剂作用下,用化学氧化剂去处理有机废水以提高其可生化性,或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化。

1芬顿氧化法

该技术起源于19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在Fe2+离子的催化作用下可有效的将酒石酸氧化[2],并应用于苹果酸的氧化。长期以来,人们默认的Fenton主要原理是利用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂,反应产生羟基自由基式为:Fe2++H2O2——Fe3++OH-+•OH,且反应大都在酸性条件下进行。

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

类Fenton反应是除Fe(Ⅱ)以外,Fe(Ⅲ)、含铁矿物以及其他一些过渡金属如Co、Cd、Cu、Ag、Mn、Ni等可以加速或者替代Fe(Ⅱ)而对H2O2起催化作用的一类反应的总称。

研究表明,利用Fe3+、Mn2+等均相催化剂和铁粉、石墨、铁、锰的氧化矿物等非均相催化剂同样可使H2O2分解产生•OH,因其反应基本过程与Fenton试剂类似而称之为类Fenton体系。如用Fe3+代替Fe2+,由于Fe2+是即时产生的,减少了•OH被Fe2+还原的机会,可提高•OH的利用效率。若在Fenton体系中加入某些络合剂(如C2O2-4、EDTA等),可增加对有机物的去除率。

3臭氧氧化法

臭氧氧化体系具有较高的氧化还原电位,能够氧化废水中的大部分有机污染物,被广泛应用于工业废水处理中。臭氧能氧化水中许多有机物,但臭氧与有机物的反应是有选择性的,而且不能将有机物彻底分解为CO2和H2O,臭氧氧化后的产物往往为羧酸类有机物。

且臭氧的化学性质极不稳定,尤其在非纯水中,氧化分解速率以分钟计[5]。在废水处理中,臭氧氧化通常不作为一个单独的处理单元,通常会加入一些强化手段,如光催化臭氧化、碱催化臭氧化和多相催化臭氧化等。此外,臭氧氧化与其他技术联用也是研究的重点,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,有应用范围广、降解效率高、能量要求简单、利于实现自动化操作,应用方式灵活多样等优点。电化学催化氧化法既可用于难降解废水的前处理措施来提高可生物降解性能,又可以作为难降解酚类废水的深度处理技术,在优化的pH值、温度和电流强度条件下,苯酚可以得到几乎完全的分解。

针对高浓度、难降解、有毒有害的含酚废水,传统生物法和物化法已经失去了其优势,化学氧化法又因其昂贵的费用阻碍了其推广应用,电化学催化氧化法越来越受到人们的青睐,但其自身也存在一些问题,如电耗,电极材料多为贵金属,成本较高及存在阳极腐蚀,指导其推广应用的微观动力学和热力学研究尚不完善等。

湿式氧化技术

湿式氧化,又称湿式燃烧,是处理高浓度有机废水的一种行之有效的方法,其基本原理是在高温高压的条件下通入空气,使废水中的有机污染物被氧化,按处理过程有无催化剂可将其分为湿式空气氧化和湿式空气催化氧化两类。

1湿式空气氧化法

最早研制开发湿式空气氧化(Wet Air Oxidation,简称WAO)法并实现工业化的是美国的Zimpro公司,该公司已将WAO工艺应用于烯烃生产废洗涤液、丙烯腈生产废水及农药生产废水等有毒有害工业废水的处理。WAO技术是在高温(125~320℃)高压(0.5~20MPa)条件下通入空气,使废水中的高分子有机物直接氧化降解为无机物或小分子有机物。

使用湿式空气氧化技术对乐果生产废水进行预处理,有机磷的去除率高达95%,有机硫的去除率高达90%。Zimpro公司的WAO工艺处理效率高、反应时间短,但由于该技术要求高温高压,所需设备投资较大,运转条件苛刻,难于被一般企业接受,因而配合使用催化剂从而降低反应温度和压力或缩短反应停留时间的湿式空气催化氧化法近年来更是受到广泛的重视与研究。

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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