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水处理中你不知道的高级氧化技术


随着工业的高速发展,进入水体的化学合成有机物的数量种类急剧增加,造成水资源的严重污染,已经威胁到了人类的生存与发展。处理有机废水最经济的是生物处理方法,然而对于那些有毒且难生物降解的有机化合物,往往不能采用生物降解的方法去处理,而不得不考虑用其他方法了。包括有混凝、沉淀、气浮、高级氧化技术(AOT)等。下面主要谈谈高级氧化技术。近年来,氧化技术处理废水的研究取得了显著进展。废水的氧化技术主要是运用超临界水氧化、光催化氧化、无毒药荆催化氧化、电化学氧化、化学氧化与生物氧化相结合等手段处理废水的技术。


1、无毒药剂催化氧化技术


采用无毒药剂催化氧化处理有机废水,尤其是处理有毒有害、难于生物降解的有机污染物,是当前水处理技术研究的热点课题。


活性嵌可作为废水催化氧化反应的催化剂。与Fenton试剂法相比,COD去除率提高了1.75倍。还可利用金属氧化物为催化剂,来提高臭氧的利用效率和氧化能力。



2、光催化氧化技术


光氧化最常用的催化剂是 TiO2、H2O2-草酸铁等无机试剂。通常的悬浮相TiO2光催化氧化法存在着催化剂易失活、易凝聚和难分离等固有弊端。将TiO2负载在海沙上,作为光氧化反应的催化剂克服了上述缺点。还可将TiO2粉末固定在泡沫镍上的光催化固定技术,降解废水中的磺基水杨酸。利用TiO2催化降解有机物时,可利用太阳能来代替UV光源。


3、电化学氧化技术


近年来电化学水处理法得到了改进,在传统电化学法的基础上增加了氧化、催化氧化或光催化氧化作用,有效地突破了微电解技术的局限,展示了电化学水处理技术的绿色特点。利用光透电极和纳米结构TiO2作为工作电极和光催化剂,采用光电催化法对水中染料进行电解,发现与光致分解、光催化降解相比,光电催化降解对三种染料一品红、铬蓝K、铬黑T溶液的降解效果最好。采用高压脉冲放电降解法去除水中苯乙酮的研究也取得了较好的效果。 液电脉冲处理水中苯乙酮过程中,在通入O2时,经30min放电处理,苯乙酮降解率可达92%。液电脉冲等离子降解法涉及等离子物理、等离子化学、流体力学、热力学、生物、电工、环境保护等学科间的交叉,这种降解法具备了光化学氧化、高温热降解、超临界水氧化以及液电空化降解等多种水处理法的综合效应。



4、超临界水氧化技术(SCWO) SCWO是对湿式氧化处理难降解有机废水技术的改进,是近年来兴起的绿色水处理技术。


超临界水(T>617.5K,P>22.05MPa)具有常态水所没有的特性。其溶解性强,扩散系数大,传质速度快,可作为超临界水氧化有毒有害有机物的反应介质。有机物、空气或氧气和水在25Mt a和673K以上的温度可完全互溶。 体系呈均相混台状态,在较短的反应停留时问内,99.99 %以上的有机物可被迅速氧化成CO-NHO和其他小分子物质。该法用于有毒有害、难生物降解的有机废水的处理尤其有效。氧化产物清洁且无需后续处理,符合全封闭处理要求。纯净水设备在较低的有机物含量下,可实现自热然启动,运行后无需外界供热。


因反应物混合均匀且反应温度高,反应速度大幅加快,故水的停留时间较短,所需反应器体积小,结构简单。


水处理技术的概述


这促使环境科学家和环保工程师积极开发和应用水处理技术、水处理技术的开发,正在有力推动环境科学与工程学科的发展,它是开展环境科学与工程学科创新研究的一条源泉之路,对于人类社会的可持续发展具有重要的现实意义。


膜分离技术 膜分离技术是近二、三十年内发展起来的。与常规分离方法相比,膜分离过程具有能耗低、单级分离效率高、工艺简单、不污染环境等特点,在废水处理中可实现水的闭路循环,除污的同时变废为宝,是符合可持续发展战略的绿色技术。膜分离技术主要包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)反渗透(RO)和电渗析等。近年来这些技术在水处理的应用愈来愈显示生命力。 世界上每天约有500万m 的水通过膜分离处理为了适应水处理的需要,膜材料的性能逐步得以改进采用无毒无害、可生物降解的材料制备超滤膜。 NF膜在水的软化方面显示了其它技术无可比拟的优越性,NF90膜在海岛饮用水制备中可有效地去除对人体健康不利的Ca2+、Mg2+等硬度。在较低的操作压力(<1.0MPa)下,总脱盐率≥8l%,产水量可达144t/d,淡化水符合生活饮用水标准。 电渗析作为绿色水处理技术近年来研究较多。有人采用改性异向膜电渗析法处理化纤厂粘胶单丝淋洗废水(去酸水),在工艺上实现了污水闭路循环,消除了H2SO4和Zn的污染,并把溶解固体浓缩到190g/L,再进行多效蒸发来回收多余的Na2SO4。浓缩的H2SO4和ZnSO4溶液则返回凝固浴再用,淡化水中的总溶解固体(TDS)下降到0.7g/L以下,因无硬度,故可作洗涤用水。 膜分离技术正在成为水处理研究与应用的热点,其在水的回用方面起着难以替代的作用。将膜分离技术与绿色氧化技术、生物处理技术联合,用于废水的处理及回用是一个颇有前途的研究与应用方向。


污水的湿地处理工艺


污水经过土壤渗漏,植物吸收,特别与地表根垫层及节根部微生物相接触后,软化水设备渗入净化沟内。这一过程使污水在耐水性植物、微生物及土壤联合作用下,通过物理、化学、物理-化学及生物反应使污水得以净化,其作用机理为:


异养菌+有机质+DO→CO2+NH3+H2O


污水中污染物质的净化机理为:


BOD的去除:BOD去除机理包括过滤、吸附和生物氧化作用,其主要氧源是大气复氧和水生维管束植物。


SS的去除:沉淀、过滤、吸附作用。


氮的去除:反硝化作用,挥发和作物吸收。


磷的去除:作物的吸收和土壤的吸附固定。


病原体的去除:吸附作用、过滤作用、生物吞噬及其它不利于病原体生存的条件。


另外,由于净水沟是泥坝沟,沟边生有杂草,所以在沟水接近出水泵房处,设立2~3处拦草网,以保证出水水质。


进入净水沟处理后的水达到排放标准,排入小海生态塘进行进一步稳定利用。排水泵房处,由于水源稳定,可进行集中抽水,一般每天启动3台泵抽水6~8h即可满足要求。另外,由于出水中有大量的微生物,所以集水井要求容积尽可能大,并采用周边进水方式。同时要在集水井内水泵喇叭口以上设置2~3层铁丝网,减少水流的冲击,以此消除产生生物泡沫的可能。


与传统的水处理方法相比,高级氧化法处理难降解有机废水具有高效、快速、彻底的优点而有着广阔的应用前景。除以上技术外还有电子辐射法、微波处理法、强电场电离放电方法以及多种高级氧化技术之间、高级氧化技术和非高级氧化之间联合处理等技术。

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