Den raske utviklingen av jern- og stålindustrien har produsert en stor mengde vanskelig å behandle industrielt avløpsvann, spesielt koksavløpsvann, som inneholder en stor mengde giftig, skadelig og vanskelig å nedbryte organisk materiale med høy konsentrasjon. Den har egenskapene til kompleks sammensetning og store endringer i vannkvalitet og volum. Behandlingen av koksavløpsvann skaper i økende grad bekymringer hos mennesker. Følg med på. For tiden er behandlingen av koksavløpsvann hovedsakelig tradisjonelle biologiske behandlingsmetoder, flokkulerings- og koagulasjonsmetoder og adsorpsjonsmetoder. Koksavløpsvannet har dårlig biologisk nedbrytbarhet og må fortynnes i store mengder før biokjemisk behandling. Etter at det biokjemiske avløpsvannet COD (kjemisk oksygenbehov) og ammoniakk -nitrogeninnhold er vanskelig å oppfylle standarden samtidig, må det behandles ytterligere. Noen avanserte behandlingsteknologier har imidlertid høye behandlingskostnader, og det er vanskelig å fullstendig nedbryte noen giftige og skadelige stoffer, og de er utsatt for sekundær forurensning. Basert på den nåværende statusen for koksrensing av avløpsvann, er det svært nødvendig å studere effektive og miljøvennlige behandlingsteknologier.
Advanced Oxidation Process (AOPs) bruker de ekstremt aktive hydroksylradikalene (· OH) som genereres i reaksjonssystemet for å angripe organiske forurensningsmolekyler, og til slutt oksidere organiske forurensninger til CO2, H2O og annet giftfritt. Det lille molekylet syre er en grønn, miljømessig vennlig og effektiv avløpsrensingsteknologi. For tiden inkluderer avanserte oksidasjonsteknologier hovedsakelig kjemisk oksidasjon, fotokjemisk oksidasjon, fotokatalytisk oksidasjon, våt katalytisk oksidasjon, etc. Fordi AOP har fordelene med sterk oksidasjon og enkel kontroll av driftsforholdene, har de tiltrukket seg mer og mer oppmerksomhet de siste årene.
▶ Kjemisk oksidasjon
Denne metoden bruker kjemiske oksidanter for å omdanne flytende eller gassformige uorganiske eller organiske stoffer til lett giftige eller giftfrie stoffer eller omdanne dem til lett separerbare former. Vanlige oksidanter innen vannbehandling er ozon, hydrogenperoksid, kaliumpermanganat og lignende. I fenolrensingsprosessen er anvendelsen av ozon og hydrogenperoksid den vanligste.
For tiden har mange land i verden brukt ozon til desinfeksjon, spesielt i Europa, ozon brukes i vannbehandling i vannverk. Tilsett faste katalysatorer til ozonoksydasjonssystemet, for eksempel aktivert karbon med et stort overflateareal. Ozon og aktivert karbon brukes samtidig til å spille en katalytisk rolle og kan absorbere små molekylproduktene etter ozonoksidasjon. De to øker i fellesskap OH- i løsningen. Det har en synergistisk effekt for å generere flere hydroksylradikaler.
Hydrogenperoksid er en sterk oksidant. Den har en rask oksidasjonsreaksjon i en alkalisk løsning og vil ikke bringe urenheter til reaksjonsløsningen. Derfor er det godt brukt i behandlingen av en rekke organiske eller uorganiske forurensninger. Hydrogenperoksid har blitt brukt til å fjerne COD i industrielt avløpsvann i lang tid. Selv om prisen på bruk av kjemisk oksidasjon for behandling av avløpsvann er høyere enn vanlige fysiske og biologiske metoder, har denne metoden uerstattelige effekter med andre behandlingsmetoder, for eksempel giftig. Fordøyelse av farlig eller ikke-biologisk nedbrytbart avløpsvann, forbehandling av avløpsvann med høy konsentrasjon/lav strømning, etc. Effekten av å bruke hydrogenperoksid alene for å bryte ned høy-konsentrasjon ildfaste forbindelser er ikke god. Det kan forbedres ved å bruke overgangsmetallsalter. Den vanligste metoden er å bruke jernsalter for å aktivere.
▶ Fenton' s reagensmetode.
Fenton -reagenset, som består av oppløselig jernholdig salt og hydrogenperoksid blandet i et bestemt forhold, kan oksidere mange organiske molekyler, og systemet krever ikke høy temperatur og høyt trykk. Fe2+ i reagenset kan starte og fremme nedbrytning av hydrogenperoksid og derved generere hydroksylradikaler. Noen giftige og skadelige stoffer som fenol, klorfenol, klorbenzen og nitrofenol kan også oksideres av Fentons&reagens og Fenton-lignende reagens.
Kombinasjonen av hydrogenperoksid og ozon og kombinasjonen av hydrogenperoksid og ultrafiolett kalles Fenton-lignende teknologi, og prinsippet er i utgangspunktet det samme som Fenton-teknologien.
▶Fotokjemisk oksidasjon
Denne metoden er en kjemisk reaksjon som utføres under påvirkning av lys. Det krever molekyler å absorbere elektromagnetisk stråling med en bestemt bølgelengde og er begeistret for å produsere en molekylær eksitert tilstand, og deretter kjemisk bytte til en annen stabil tilstand, eller bli et mellomprodukt som starter en termisk reaksjon. Nedbrytningseffekten av enkel ultrafiolett lysstråling er svak. Ved å introdusere en passende mengde oksidanter (for eksempel H2O2, O3, etc.) i oksidasjonsmetoden for ultrafiolett lys, kan rensingseffekten for avløpsvann optimaliseres betydelig og nedbrytningshastigheten kan akselereres. Det er to måter for fotodegradering av organisk materiale: direkte fotodegradering og indirekte fotodegradering. Førstnevnte refererer til den direkte reaksjonen av organiske stoffmolekyler med stoffer i omgivelsene etter å ha absorbert lysenergi; sistnevnte refererer til visse stoffer som finnes i det organiske miljøet Prosessen med å absorbere lysenergi til en eksitert tilstand og deretter indusere reaksjonen av organisk materiale og forurensninger. Blant dem er indirekte lysnedbrytning av organisk materiale viktigere.
Bølgelengdeområdet som kan brukes i den fotokjemiske oksidasjonsmetoden er 200 nm ~ 700 nm, det vil si området for ultrafiolett lys og synlig lys. Fotokjemisk oksidasjon har anvendelser innen luftforurensningskontroll og behandling av avløpsvann. Det kan deles inn i UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton og andre systemer i henhold til typer oksidanter. Uavhengig av systemet, nedbryter fotokjemiske reaksjoner generelt organiske stoffer ved å generere hydroksylradikaler.
For eksempel i UV/O3 -systemet vil ozon i flytende fase brytes ned for å produsere hydroksylradikaler under ultrafiolett stråling, og den ultrafiolette absorpsjonshastigheten når maksimum på 253,7 nm, som kan oksidere det meste organiske stoffet til CO2 og vann, og brukes for behandling av jern i industrielt avløpsvann. Cyanat, organiske forbindelser, nitrogenbaserte syrer, alkoholer, plantevernmidler, organiske forbindelser som inneholder nitrogen, svovel eller fosfor, og klorerte organiske stoffer og andre miljøgifter.
▶Fotokatalytisk oksidasjon
I denne metoden produserer en fotokatalysator (også kalt en fotokatalysator) en katalytisk effekt under bestråling av en lyskilde med en bestemt bølgelengde, slik at de omkringliggende vannmolekylene og oksygenet eksiteres for å danne ekstremt aktivt · OH- og · O2-fritt ion grupper. Den fotokatalytiske oksidasjonsteknologien bruker katalysatorer som TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 og Fe3O4.
TiO2 er den mest brukte katalysatoren. I den fotokatalytiske reaksjonen påvirkes den fotokatalytiske aktiviteten til TiO2 hovedsakelig av krystallfasen, kornstørrelsen og det spesifikke overflatearealet. Når krystallfasen er bestemt, blir krystallkornstørrelsen og det spesifikke overflatearealet viktige faktorer i fotokatalysen av TiO2. Jo mindre partikkelstørrelse, jo kortere diffusjonstid for fotogenererte elektroner og hull, og jo større det spesifikke overflatearealet er, desto mer effektivt er det å absorbere forurensning i vann. Stoffet for å forbedre fotokatalytisk ytelse. Når katalysatorpartikkelstørrelsen når nanometernivået, kan den også gi en kvanteeffekt for å forbedre lysabsorberingshastigheten og utnyttelsesgraden, som er en viktig retning for dagens katalysatorforskning.
Fotokatalytisk oksidasjon har egenskapene til ikke-toksisitet og enkle driftsforhold. Ultrafiolett lys, simulert sollys og sollys kan brukes som lyskilder, og naturlige forhold (for eksempel luft) kan brukes som katalytiske promotorer. Den har høy aktivitet, god stabilitet og kan gjøre organisk. Forurensningene er fullstendig nedbrutt og det er ingen sekundær forurensning. De siste årene har folk gjort mye arbeid med å forbedre katalytisk aktivitet og utvide bølgelengdeområdet til eksitasjonslys, som også er kjent som overflatemodifikasjon av katalysatorer, for å kunne utnytte naturlig lys for å bryte ned forskjellige forurensninger. Overgangsmetalldoping av TiO2 kan danne nye modifiserte energinivåer ved å avsette edle metaller, og dermed utvide fotoresponsområdet. Modifikasjonsbehandlinger som fotosensibilisering kan forbedre fotokatalytisk ytelse.
Bruksområdene for fotokatalytisk oksidasjon inkluderer hovedsakelig behandling av fargestoffavløpsvann, organisk avløpsvann med høy konsentrasjon og fjerning av vanskelig nedbrytbare mikroforurensninger i det avanserte behandlingsstadiet av drikkevann. Under normale omstendigheter kan TiO2 fotokatalytisk oksidasjon bare utføres i bølgelengdeområdet for ultrafiolett lys, noe som begrenser popularisering og anvendelse av fotokatalytisk teknologi. I tillegg er utviklingen av fotokatalytiske oksidasjonsreaktorer fortsatt umoden, og det er vanskelig å oppnå storskala behandling.
▶Våt oksidasjon
Denne metoden er en avansert oksidasjonsmetode som bruker oksidanter til å oksidere organisk materiale i avløpsvann til karbondioksid og vann under høy temperatur og høyt trykk, og derved fjerne forurensninger. Metoden har egenskapene til et bredt anvendelsesområde, høy behandlingseffektivitet, få sekundære forurensninger, rask oksidasjonshastighet og gjenvinnbar energi og nyttige materialer. I Japan og USA har denne typen metoder blitt brukt innen ingeniørfag, nyskapende teknologi og har brede utsikter til utvikling. Imidlertid har denne metoden også et problem, det vil si at våt oksidasjon generelt må utføres under høy temperatur og høyt trykk. Mellomproduktet er ofte organisk syre, som krever materialer med høyt utstyr, dyre katalysatorer, og er bare egnet for liten strømning og avløpsvann med høy konsentrasjon ...
Våte oksidasjonsmetoder inkluderer to typer: subkritisk vannoksidasjon og superkritisk vannoksidasjon. Superkritisk vannoksidasjonsteknologi refererer til en ny og høyeffektiv avfallsteknologi der vann oksideres for å behandle organiske forurensninger under superkritiske forhold. Under en viss temperatur og trykk kan nesten alt organisk materiale oksideres og brytes ned på kort tid, noe som reduserer behandlingstiden for avløpsvannet sterkt. Behandlingsenheten er helt lukket, noe som sparer plass og ikke har noen sekundær forurensning.
I superkritisk vann reduseres løseligheten av salt betydelig, mens løseligheten til organiske stoffer økes betydelig. For eksempel kan benzen, heksan, N2, O2, etc. blandes helt med vann og forårsake endringer i tetthet, viskositet og diffusjonskoeffisient. Diffusjonskoeffisienten minker med økningen i tetthet. Fordi våtoksidasjonsteknologien bruker høyere temperatur og trykk, reduseres tettheten av vann, diffusjonskoeffisienten blir større og masseoverføringshastigheten øker kraftig.
Bruksområdene for våt oksidasjon inkluderer hovedsakelig plantevernmidler, avløpsvannbehandling, fenolrensing, trykk og farging av avløpsvann og slambehandling, etc. Etter at ovennevnte avløpsvann er behandlet med våt oksidasjon, reduseres toksisiteten sterkt, og biologisk nedbrytbarhet forbedres også. Ved hjelp av biokjemisk behandling kan utslipp av avløpsvann oppnås.
Avansert oksidasjonsteknologi kan mineralisere organiske miljøgifter til karbondioksid og vann. Det er en miljøvennlig prosess, men de høye behandlingskostnadene ved nedbrytning av forurensninger er en" flaskehals" begrense markedsføringen. I Kinas&avanserte oksidasjonsteknologi, bortsett fra noen få som Fenton-metoden og ozonoksidasjonsteknologi som har blitt brukt i faktisk vannbehandling, er resten stort sett i laboratorieforskning eller småskala teststadium. Bare ved å løse ulempene med høye investerings- og behandlingskostnader ved avansert oksidasjonsteknologi, alvorlig utstyrskorrosjon og en liten mengde behandlet vann, kan bruken i den faktiske industrien akselereres. Utviklingsretningen for avansert oksidasjonsteknologi kan oppsummeres som følger:
Den ene er at noen teknologier som fotokatalytisk oksidasjonsteknologi og ozonoksidasjonsteknologi kan forbedre bionedbrytbarheten til avløpsvann, men det er vanskelig og kostbart å behandle koksavløpsvann separat. Det kan kombineres med biokjemisk teknologi for å redusere den biologiske toksisiteten til koksavløpsvann og forbedre biologisk nedbrytbarhet. , Og bruk deretter lavforbruk og høyeffektive biokjemiske metoder for behandling.
For det andre har teknologier som våt katalytisk oksidasjon og superkritisk vannoksidasjon høye krav til utstyr og høye behandlingskostnader. Spesiell forskning og utvikling kan utføres for reaktormaterialer og rimelige katalysatorer. Ved behandling av koksavløpsvann bør det vanskelig å behandle avløpsvannet, for eksempel gjenværende ammoniakk, ikke blandes med annet avløpsvann, øke mengden av avløpsvann, og deretter bruke de ovennevnte avanserte oksidanter for behandling.
Den tredje er å designe en reaktor med en enkel struktur, høy effektivitet, naturlig lys og langsiktig stabil drift, forbedre behandlingseffektiviteten til fotokjemisk oksidasjon og fotokatalytisk oksidasjonsteknologi, og kombinere den med koagulering, adsorpsjon og andre teknologier.