| 查看: 1519 | 回复: 2 | |||||
| 当前主题已经存档。 | |||||
cjhzse木虫 (正式写手)
|
[交流]
水催化处理技术
|
||||
|
（一） 化学预氧化法 其目的就是将那些难降解的有害物质氧化成二氧化碳、水和无机物或至少也要氧化成无害的物质。 化学预氧化是通过在给水处理工艺前端投加氧化剂强化处理效果的一类预处理措施。化学预氧化的目的是1）去除微量有机物；2）除藻；3）除嗅味；4）控制氯化消毒副产物；5）氧化助凝；6）去除铁锰。在预氧化过程中，氧化剂与水中多种成分作用，能够提高对有害成分的去除效率，但在一定条件下也会产生某些副产物。各种氧化剂作为预处理药剂对给水处理效果的综合影响程度差别较大。目前能够用于给水处理的氧化剂主要有臭氧、二氧化氯、高锰酸钾、高铁酸钾和氯等。 近几十年来，国内外在难降解持久性有机污染废水处理方面开展了较多的研究，其中高级氧化法以其巨大的潜力以及独特的优势在过去二十多年中脱颖而出。 （二） 水处理中的高级氧化处理技术 高级氧化技术是一门新型的污染治理技术,如何强化氧化过程、弄清楚各种有机物氧化降解机理、开发低成本氧化工艺、广谱地处理各种难降解有机污染物等,仍面临着不少难题。高级氧化技术主要是指O3/H2O2 ，UV/ O3，UV/ H2O2 ，UV/ H2O2/ O3，TiO2 /UV 及利用溶液中金属离子的均相催化臭氧化和固态金属、金属氧化物或负载在载体上金属或金属氧化物的非均相催化臭氧化技术等，是利用反应过程中产生大量强氧化性的HO•自由基来氧化分解水中的有机物从而达到净化水质的目的[7`8]。高级氧化技术作为一门新型有效的污染治理技术,国内外尽管已作了大量的研究,开发了不同的氧化处理工艺,然而由于研究探索时间短,其基础理论工作还不十分完备,再加上实际污染系统的复杂多样性,使得高级氧化技术无论在理论研究上还是实践应用上都存在不少有待研究解决的问题。从国内外研究报道文献看,高级氧化技术领域研究的热点问题主要有以下几类。 1.几种高级氧化方法 根据所用氧化剂及催化条件的不同，高级氧化技术通常可以分成以下各类： 1.1 芬顿试剂及类芬顿试剂法 最早的Fenton试剂仅指H2O2与亚铁离子的负荷，但近些年来，研究者发现把紫外光、氧气引入Fenton试剂，可显著增强Fenton试剂的氧化能力并节约H2O2的用量；还有研究表明利用Fe（Ⅲ）、Mn（Ⅱ）等均相催化剂以及铁粉、石墨、铁锰的氧化矿物等非均相催化剂同样可以使H2O2分解产生HO•自由基。由于其基本过程与Fenton试剂类似而称之为类Fenton试剂。 1.2 UV/ H2O2 过氧化氢作为一种强的氧化剂可将水中有机的、无机的毒性污染物氧化成为无毒或较易被微生物分解的化合物。但一般说来，无机物和过氧化氢的反应较有机物快，且因传质的限制，水中极微量的有机物难以被过氧化氢氧化，尤其对于高浓度难降解的有机污染物，仅用过氧化氢效果并不理想。紫外光的引入则大大提高了过氧化氢的处理效果。影响UV/ H2O2氧化反应的因素有：H2O2浓度、有机物的初始浓度、紫外光强度和频率、溶液的pH值、反应温度和时间等。但从成本看，并不适合处理高浓度工业有机废水。该体系受处理水性质的影响较大但当溶液中存在HCO―3或腐植酸时，由于它们对HO•自由基具有捕获作用且腐植酸能吸收紫外光，因此会导致降解速率明显下降。还有实验证明，H2O2/UV系统能有效地氧化极性和非极性的有机物，而对后者则更佳。值得一提的是，虽然H2O2/UV过程能有效地除去废水中的污染物，但它有时也会产生一些有害的光化物对环境产生二次污染。 1.3 Fe2+/UV/ H2O2 该氧化系统实质上为芬顿试剂与紫外光照的结合，也被称为光照芬顿法。Pignatello等人的研究表明，利用波长大于300nm的紫外-可见光可明显提高芬顿试剂降解有机物的速率，该过程具有以下优点：Fe2+在反应中得以再生，从而降低了Fe2+的用量并保持了过氧化氢较高的利用率；此外，紫外光和亚铁离子对过氧化氢的催化分解存在协同效应。 1.4 Fe2+/ O2 /H2O2、UV/ O2 / H2O2、Fe2+/ UV/O2 /H2O2 D. F. Bishop等人证明了氧气和紫外光的引入对于有机物的氧化是有效的，二者参与反应的机理主要由两点：氧气吸收紫外光后可生成臭氧等次生化剂；氧气通过诱导自氧化加入到反应链中。该过程的优点在于节省了H2O2的用量，降低了处理成本。 2. 组合臭氧氧化法 2.1 催化臭氧化 催化臭氧化技术是近年发展起来一种新型的在常温常压下将那些难以用臭氧单独氧化或降解的有机物氧化的方法。同其它高级氧化技术如O3/H2O2、O3/UV、H2O2/UV、O3/H2O2/UV、TiO2/UV和CWAO等一样，催化臭氧化作用也是利用反应过程中产生大量 高氧化性自由基（羟基自由基）来氧化分解水中的有机物从而达到水质净化。催化臭氧化技术大致可分为两类：利用溶液中金属（离子）的均相催化臭氧化和固态金属、金属氧化物或负载在载体上的金属或金属氧化物的非均相催化臭氧化。O3金属催化剂工艺，这一工艺又称金属催化臭氧化。主要是以固体状的金属(金属盐及其氧化物) 为催化剂,加强臭氧化反应。1987年前苏联的Sok ratova N.B.等用O3/UV、O3/电解、O3/催化剂三种方法处理焦化废水时得出在三种方法之中对于焦化废水的处理而言最有效的是O3催化剂工艺。其中最活泼的催化剂是铜化合物以及铜、锰、锌、钙的混合物。之后, 人们对催化O3分解的金属催化剂进行了大量的研究, 冀小元等用金属催化臭氧化法处理吐氏酸废水,结果表明,过渡金属氧化物中Ni2O3 与MnO2是具有较高催化活性的组分,Cu、Fe 等金属的氧化物没有明显的催化活性, 但与Ni、Mn等组分相混合,却能体现较高的催化活性,并且添加少量的K2O具有明显的助催化作用[9]。俄罗斯的Tarkovskaya IA等以活性炭和改性活性炭(在活性炭上负载催化剂)为催化剂,用O3处理酚、染料、农药等有机污染物,结果发现这两种催化剂都有相当好的效果。 2.2 UV/臭氧氧化法 这种方法是将臭氧与紫外光辐射相结合的一种高级氧化过程.它始于70年代，主要用于解决有毒害且无法生物降解物质的废水处理间题。80年代以来，研究范围扩大到饮用水的深度处理.这种方法由Garrison等人在治理含复杂铁氰盐废水中开发出来。他们发现该法对处理难氧化物质十分有效，将紫外光辐射与臭氧相结合，能使氧化速度提高10-104倍.03/UV法中的氧化反应为自由基型，即液相臭氧在紫外光辐射下会分解产生OH•自由基，由OH•自由基与水中的溶解物进行反应。其中对自由基产生的机理存在两种解释，即: O3+hv —— 0•+O2 O•+H20 —— 20H• 03+H20+hv —— O2+H2O2 H2O2+hv —— 20H• 2.3 过氧化氢臭氧氧化法 臭氧和过氧化氢可以分别作为强的氧化剂（E0分别为2.07V和1.77V）。单独使用臭氧或过氧化氢时，有多种反应途径，反映产物难以控制。臭氧和过氧化氢联合时则形成一些新的自由基。臭氧本身就具有很强的氧化性，对很多的有机物有去除作用，但对某些卤代烃及农药等有机物的氧化效果较差。 O3/H2O2系统与光化的O3/UV和H2O2/UV相比，它不会产生二次污染，无需像UV过程那样需要高能量的输入，可直接将污染物氧化为CO2和水。在O3水溶液中添加H2O2会显著加快O3分解产生•OH的速率。这一过程的机理为H2O2在水溶液中会部分离解产生HO2-, HO2-是促使•OH形成的诱发剂,在它的作用下O3经过一系列的反应可以形成•OH。许多科学家的研究结果都表明这一工艺是高级氧化过程当中对于饮用水的处理最为有效的一种方法。日本从20世纪70 年代后期开始研究O3/H2O2工艺处理高浓度有机废水,美国则在20世纪80年代将该工艺用于处理城市污水中的挥发性有机化合物, 都取得了一定的成绩[10]。 2.4 UV/过氧化氢/臭氧氧化法 紫外光与O3/H2O2组合是另一种高级氧化过程，其优点是高能量输入（紫外光辐射）到系统以强化OH•产生，从而诱发后面的自由基反应。虽然目前尚未完全弄清其反应机理，然而，有关该过程应用于废水处理已有报道。 Hoigne[11]是第一个系统提出高级氧化技术和机理的学者。他认为高级氧化方法及其作用机理是通过不同途径产生HO•自由基的过程。HO•自由基一旦形成，会诱发一系列的自由基链反应，攻击水体中的各种有机污染物，直至降解为二氧化碳、水和其它矿物盐。因此，可以说高级氧化技术是以产生HO•自由基为标志。它是去除水中有机污染物的常用方法。 3. 组合超声波氧化法 超声波是指频率高于20kHz的声波。当一定强度的超声波通过媒体时，会产生一系列的物理、化学效应。早在1929年就有超声波化学效应的报道，而将其应用于水处理领域只是近10年的事情，它主要用来加速降解水中难降解的有毒有机污染物，是一种高级催化氧化水处理技术。 超声波技术具有简便、高效、无污染或少污染的特点，已受到国内外学者的广泛关注。我国自1996年开始了此类工作。 超声空化技术利用声波将水中的有毒、难降解有机污染物转化成CO2、水或毒性更低的有机污染物，具有设备简单、操作方便等优点。由于其能量转化率较低和能耗较大等原因，该技术适合于有毒、难降解有机工业废水的预处理或饮用水和地下水的处理。目前,该技术尚处于基础理论研究阶段，国外对低浓度、单组分模拟物系进行了较多的研究，而国内在这方面的研究才刚刚起步，要使之发展成为一项成熟的水处理技术，尚需时间。今后有关超声空化技术的研究方向是, 针对实际多组分难降解物系在降解机理、物质平衡、反应动力学、反应器设计放大等方面进行深入的研究，使其最终成为一种适用、高效和低成本的水处理技术。 4. 组合微波氧化法 微波通常是指波长为1mm到1m之间(频率300～300000MHz)的电磁波,介于红外与无线电波之间,而最常用的加热频率是2450MHz。微波技术起源于20世纪30年代,最初应用于通讯领域。微波技术在通讯以外的使用可追溯到20世纪50年代，将微波辐射技术取代传统的加热的方法用于消除有机污染物是20世纪80年代后期兴起的一项新技术,其特点是快速、高效、不污染环境。利用微波加热特性，可将微波技术有效应用于污泥,有机污染物的处理及环保材料的制备。 4.1 微波在水处理方面的应用 处理污水中有机污染物常用的一种方法是活性炭吸附法,但吸附后的活性炭表面有机物却难以处理。微波辐射能有效地解吸活性炭表面的有机物,使活性炭再生并有利于有机物的消解和回收再利用。有研究表明, 利用微波加热解吸还可同时消解污水中的有机物。如G.CHIH等[11],采用低能度的微波辐射,可以对污水中吸附在粒状活性炭表面的有机毒物三氯乙烯、二甲苯、萘以及碳氢化合物等进行解吸和消解，其最终分解率达100%，处理后的水质长期保持稳定。 此外, 微波加热解吸还可回收有机物。因此, 采用微波解吸处理污水中的有机物，不仅可消解有机物，还可获得高质量的回收产物。 5. 吸附处理 吸附处理以活性炭（主要是粒状活性炭）为代表的吸附处理工艺是目前去除水中有机物的很广泛的方法。活性炭是非极性，弱极性的吸附材料，因此，它对水中绝大多数极性有机物特别是危害较大的卤代烃吸附效果较差。 作为吸附剂,沸石与活性炭不同。活性炭是一种非极性吸附剂,易吸附非极性分子,且孔隙范围较沸石大,吸附不同直径有机物分子的范围较沸石有利。而沸石是极性很强的吸附剂,对极性分子和不饱和分子有很强的亲和力,对非极性分子中极化率大的分子也有较高的选择吸附优势。 沸石本身是一种极性物质,其中阳离子给出一个强的局部正电场,吸引极性分子的负极中心,或是通过静电诱导使可极化的分子极化,极性越强或越易被极化的分子,就越易被沸石吸附。含有极性基团如ＯＨ、>Ｃ=Ｏ、-ＮＨ2或含有可极化的基团如>Ｃ=Ｃ<,Ｃ6Ｈ5-的分子等能与沸石表面发生强烈吸附作用。沸石具有空旷的骨架结构,晶穴体积约为总体积的40%～50%,独特的晶体结构使其具有大量均匀的微孔,孔径大多在1ｎｍ以下。其均匀的微孔与一般物质的分子大小相当,由此形成了分子筛的选择吸附特性,即沸石孔径的大小决定可以进入其晶穴内部的分子大小,只有比沸石孔径小的分子或离子才能进入。与其他多孔物质相比,沸石具有很大的比表面积,仅次于活性炭。沸石与活性炭吸附力不同,后者的吸附力完全是色散力,而前者不仅色散力很大,还有较大的静电力。色散力与静电力的加和造成沸石的吸附力特别强,正是由于静电力,沸石对极性、不饱和、易极化分子具有优先的选择吸附作用。因此，在水处理方面将有着广阔的前景。 6 .电化学氧化 电化学氧化技术(Electrooxidation)去除有机污染物是电氧化与化学氧化技术的结合。包括直接电化学转化(即通过阳极氧化使有机污染物和部分无机污染物转化为无害物质,阴极还原去除水中的重金属离子)和间接电化学转化(即通过电化学反应产生的氧化还原剂使污染物转化为无害物质)。电化学氧化技术主要集中在处理具有生物毒性的难降解芳香族化合物方面。 7.光催化氧化 光催化氧化技术(Photocatalytic Oxidation, PCO)处理污染物是近十几年来兴起的一门新技术,目前在污染治理技术领域的研究很活跃。其基本原理是:半导体光催化剂,包括TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO、Fe2O3等,受到光照后,就形成电子-空穴对,在水中能产生氧化能力极强的•OH自由基,从而将污染物氧化降解。利用紫外光(Ultraviolet, UV)辐射强化氧化处理,加速污染物的氧化降解,使一些难发生的反应顺利进行,大大提高了氧化降解速率。目前应用较多的UV技术有:UV/O3、UV/H2O2、UV/H2O2/O3、UV/TiO2、UV/O3/TiO2工艺等。光催化氧化技术对工业废水具有很强的处理能力,尤其适用于处理气相污染物[12]。 8.湿式氧化 湿式氧化技术(Wet Air Oxidation, WAO)是指高温高压下,以空气中的氧为氧化剂(也可用其它氧化剂) ,在液相中将有机污染物氧化为CO2、H2O等无机物或小分子有机物的化学过程。WAO技术最初是由美国化学家F.J. Zimmermann于1944年提出的,其理论基础在于：任何含水的可燃性有机化合物都可在高温高压下与氧发生反应。 9.超临界水氧化 超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation, SCWO)是指在水的超临界状态下,将废水中的有机污染物氧化去除的方法。它是在WAO技术基础上发展起来的。由于大多数有机物和氧都能溶解在超临界水中,加上超临界流体独特的传质与溶解特性,因而SCWO技术继WAO技术之后又成为人们研究的活跃领域。 （三）水处理中的生物处理技术 生物处理是利用微生物降解水中的污染物质，作为自身的营养和能源，同时使水得到净化的方法。随着工农业的发展，人们生活水平的提高，废水的产生量逐渐增加，其成分也愈加复杂，由于废水生物处理技术符合可持续发展的思想，近年来尤为被人们重视，在水处理中主要有以下方法： 1. 生物膜处理法 生物膜处理法（又称生物过滤）是一种被广泛采用的废水生物处理方法。按照生物膜法固着定生长的状态特点，可将其分为生物滤池法，生物接触氧化法，生物转盘法等。 1.1生物滤池法 污水或废水长期滴在固体滤料表面时，就会在滤料表面上形成生物膜。生物膜成熟后，其上的微生物就可摄取废水中的有机物作为营养，从而使废水的以净化。 1.2生物膜接触氧化法 生物膜接触氧化法亦在池内设置填料，填料内长满生物膜，废水与生物膜接触，在生物膜上微生物的作用下得以净化。 1.3生物转盘法 生物转盘的主体是同轴等间距的多组圆盘片构成的转体，半浸于水槽中，盘片上附着生长生物膜。当转盘转动时，下部与废水接触摄取有机物，上部与空气接触进行充氧，使有机物得以氧化分解，废水的以净化。 2. 活性污泥法 活性污泥法又称生化曝气法，实在废水中加入絮凝状的生物污泥，经过均匀混合并曝气，使有机物质被活性污泥吸附和氧化的处理方法。 |
回复此楼» 收录本帖的淘帖专辑推荐
 电化学水处理 | 杂类 |
» 猜你喜欢
吉林工程技术师范学院 材料与化工 （0856） 招收调剂
已经有5人回复
-
课题组(化学、化工、环境、能源、材料相关方向)欢迎你的加入
已经有12人回复
-
专业论文润色/翻译怎么收费?
已经有79人回复
-
国家大人才课题组招收化学、材料化工类2026年调剂生
已经有0人回复
-
国家大人才课题组招收化学、材料化工类2026年调剂生
已经有0人回复
-
天津科技大学-（院士团队）先进纤维与纸基功能材料团队 招收2026硕士调剂生
已经有0人回复
-
吉林工程技术师范学院 交叉学科研究院（08/07） 招收调剂
已经有4人回复
-
国家大人才课题组招收化学、材料化工类2026年调剂生
已经有0人回复
-
化工-材料与化工接收调剂3名
已经有0人回复
-
贵州大学2026年硕士研究生招生调剂缺额信息
已经有3人回复
-
河南理工大学化学化工学院招收硕士调剂生2名
已经有0人回复
» 本主题相关商家推荐: (我也要在这里推广)
plum76
金虫 (正式写手)
- 应助: 0 (幼儿园)
- 金币: 1251.8
- 散金: 5
- 帖子: 759
- 在线: 196.2小时
- 虫号: 163429
- 注册: 2006-01-11
- 专业: 胶体与界面化学
2楼2007-02-09 09:01:13
plum76
金虫 (正式写手)
- 应助: 0 (幼儿园)
- 金币: 1251.8
- 散金: 5
- 帖子: 759
- 在线: 196.2小时
- 虫号: 163429
- 注册: 2006-01-11
- 专业: 胶体与界面化学
3楼2007-02-09 09:01:54
