Dezvoltarea rapidă a industriei siderurgice a produs o cantitate mare de ape uzate industriale dificil de tratat, în special ape uzate de cocsificare, care conțin o cantitate mare de substanțe organice cu concentrație mare, toxice, dăunătoare și dificil de degradat. Are caracteristicile compoziției complexe și schimbări mari în calitatea și volumul apei. Tratarea apelor uzate de cocsificare cauzează din ce în ce mai mult îngrijorarea oamenilor. Fi atent la. În prezent, tratarea apelor uzate de cocsificare este în principal metode tradiționale de tratament biologic, metode de floculare și coagulare și metode de adsorbție. Apele uzate de cocsificare au o biodegradabilitate redusă și trebuie diluate într-o cantitate mare înainte de tratarea biochimică. Mai mult, după ce efluentul biochimic COD (cererea chimică de oxigen) și conținutul de azot amoniac sunt dificil de îndeplinit în același timp cu standardul, acesta trebuie tratat în continuare. Cu toate acestea, unele tehnologii avansate de tratament au costuri mari de procesare și este dificil să se degradeze complet unele substanțe toxice și dăunătoare și sunt predispuse la poluare secundară. Pe baza stării actuale de tratare a apei uzate de cocsificare, este foarte necesar să se studieze tehnologii de epurare eficiente și ecologice.
Procesul avansat de oxidare (AOP) folosește radicalii hidroxilici extrem de activi (· OH) generați în sistemul de reacție pentru a ataca moleculele organice poluante și, în cele din urmă, oxidează poluanții organici la CO2, H2O și alți non-toxici. tehnologie de tratare a apelor uzate prietenoase și eficiente. În prezent, tehnologiile avansate de oxidare includ în principal oxidarea chimică, oxidarea fotochimică, oxidarea fotocatalitică, oxidarea catalitică umedă etc. Deoarece AOP au avantajele unei oxidări puternice și a unui control ușor al condițiilor de operare, au atras din ce în ce mai multă atenție în ultimii ani.
▶ Oxidare chimică
Această metodă folosește oxidanți chimici pentru a transforma substanțe anorganice sau organice lichide sau gazoase în substanțe ușor otrăvitoare sau netoxice sau le transformă în forme ușor separabile. Oxidanții utilizați în mod obișnuit în domeniul tratamentului apei sunt ozonul, peroxidul de hidrogen, permanganatul de potasiu și altele asemenea. În procesul de tratare a apelor uzate cu fenol, aplicarea ozonului și a peroxidului de hidrogen este cea mai frecventă.
În prezent, multe țări din lume au folosit ozonul pentru dezinfectare, în special în Europa, ozonul este utilizat în tratarea apei în instalațiile de apă. Adăugați catalizatori solizi la sistemul de oxidare a ozonului, cum ar fi cărbune activ cu o suprafață mare. Ozonul și cărbunele activ sunt utilizate în același timp pentru a juca un rol catalitic și pot absorbi produsele cu molecule mici după oxidarea ozonului. Cele două cresc împreună OH- în soluție. Are un efect sinergic pentru a genera mai mulți radicali hidroxil.
Peroxidul de hidrogen este un oxidant puternic. Are o reacție rapidă de oxidare într-o soluție alcalină și nu va aduce ioni de impuritate în soluția de reacție. Prin urmare, este bine utilizat în tratamentul unei varietăți de poluanți organici sau anorganici. Peroxidul de hidrogen a fost folosit pentru îndepărtarea COD din apele uzate industriale de mult timp. Deși prețul utilizării oxidării chimice pentru tratarea apelor uzate este mai mare decât metodele fizice și biologice obișnuite, această metodă are efecte de neînlocuit cu alte metode de tratament, cum ar fi cele toxice. Pre-digestia apelor reziduale periculoase sau non-biodegradabile, tratarea prealabilă a apelor reziduale cu concentrație mare / debit scăzut etc. Efectul utilizării numai a peroxidului de hidrogen pentru degradarea compușilor refractari stabili cu concentrație ridicată nu este bun. Poate fi îmbunătățit prin utilizarea sărurilor metalice de tranziție. Cea mai obișnuită metodă este folosirea sărurilor de fier pentru activare.
▶ Metoda reactivului Fenton &.
Reactivul Fenton, care este compus din sare feroasă solubilă și peroxid de hidrogen amestecat într-un anumit raport, poate oxida multe molecule organice, iar sistemul nu necesită temperatură ridicată și presiune ridicată. Fe2+ din reactiv poate iniția și promova descompunerea peroxidului de hidrogen, generând astfel radicali hidroxil. Unele substanțe toxice și dăunătoare, cum ar fi fenolul, clorofenolul, clorobenzenul și nitrofenolul, pot fi, de asemenea, oxidate de reactivul Fenton&# 39 și de reactivul de tip Fenton.
Combinația de peroxid de hidrogen și ozon și combinația de peroxid de hidrogen și ultraviolete sunt denumite tehnologii asemănătoare cu Fenton, iar principiul său este practic același cu cel al tehnologiei Fenton.
▶Oxidarea fotochimică
Această metodă este o reacție chimică efectuată sub acțiunea luminii. Este nevoie de molecule pentru a absorbi radiația electromagnetică cu o anumită lungime de undă și sunt excitați pentru a produce o stare moleculară excitată și apoi să se schimbe chimic într-o altă stare stabilă sau să devină un produs intermediar care inițiază o reacție termică. Efectul de descompunere al radiației ultraviolete simple este slab. Prin introducerea unei cantități adecvate de oxidanți (cum ar fi H2O2, O3 etc.) în metoda de oxidare a luminii ultraviolete, efectul de tratare a apelor uzate poate fi optimizat semnificativ și viteza de degradare poate fi accelerată. Există două modalități de fotodegradare a materiei organice: fotodegradarea directă și fotodegradarea indirectă. Primul se referă la reacția directă a moleculelor de materie organică cu substanțe din mediul înconjurător după absorbția energiei luminoase; acesta din urmă se referă la anumite substanțe existente în mediul organic Procesul de absorbție a energiei luminoase într-o stare excitată și apoi de inducere a reacției materiei organice și a poluanților. Dintre acestea, degradarea indirectă a luminii a materiei organice este mai importantă.
Gama de lungimi de undă care poate fi utilizată în metoda de oxidare fotochimică este de 200nm ~ 700nm, adică gama de lumină ultravioletă și lumină vizibilă. Oxidarea fotochimică are aplicații în controlul poluării aerului și tratarea apelor uzate. Poate fi împărțit în UV / O3, UV / H2O2, UV / Fenton și alte sisteme în funcție de tipurile de oxidanți. Indiferent de sistem, reacțiile fotochimice degradează în general organice prin generarea de radicali hidroxil.
De exemplu, în sistemul UV / O3, ozonul în fază lichidă se va descompune pentru a produce radicali hidroxil sub radiații ultraviolete, iar rata de absorbție ultravioletă atinge maximul la 253,7 nm, care poate oxida majoritatea materiei organice în CO2 și apă și este utilizat pentru tratarea fierului în apele uzate industriale. Cianat, compuși organici, acizi pe bază de azot, alcooli, pesticide, compuși organici care conțin azot, sulf sau fosfor și organice clorurate și alți poluanți.
▶Oxidare fotocatalitică
În această metodă, un fotocatalizator (denumit și fotocatalizator) produce un efect catalitic sub iradierea unei surse de lumină cu o lungime de undă specifică, astfel încât moleculele de apă din jur și oxigenul sunt excitate pentru a forma ionii liberi · OH- și · O2 extrem de activi grupuri. Tehnologia de oxidare fotocatalitică folosește catalizatori precum TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 și Fe3O4.
TiO2 este cel mai frecvent utilizat catalizator. În reacția fotocatalitică, activitatea fotocatalitică a TiO2 este afectată în principal de faza cristalină, mărimea granulelor și suprafața specifică. Când se determină faza cristalină, mărimea granulelor cristalului și suprafața specifică devin factori importanți în fotocataliza TiO2. Cu cât dimensiunea particulelor este mai mică, cu atât este mai scurt timpul de difuzie al electronilor și găurilor fotogenerate și cu cât suprafața specifică este mai mare, cu atât este mai eficientă absorbția poluării în apă. Substanța care îmbunătățește performanța fotocatalitică. Atunci când dimensiunea particulelor catalizatorului atinge nivelul nanometric, poate produce, de asemenea, un efect cuantic pentru a îmbunătăți rata de absorbție a luminii și rata de utilizare, care este o direcție importantă a cercetării actuale a catalizatorului.
Oxidarea fotocatalitică are caracteristicile netoxicității și condițiilor simple de funcționare. Lumina ultravioletă, lumina soarelui simulată și lumina soarelui pot fi utilizate ca surse de lumină, iar condițiile naturale (cum ar fi aerul) pot fi utilizate ca promotori catalitici. Are o activitate ridicată, o stabilitate bună și poate face organic. Poluanții sunt complet degradați și nu există poluare secundară. În ultimii ani, pentru a utiliza pe deplin lumina naturală pentru a degrada diferiți poluanți, oamenii au depus o mulțime de lucrări în îmbunătățirea activității catalitice și în extinderea gamei de lungimi de undă a luminii de excitație, cunoscută și sub numele de modificare a suprafeței catalizatorilor. Dopajul cu metale de tranziție al TiO2 poate forma noi niveluri de energie modificate prin depunerea de metale prețioase, extinzându-și astfel gama de fotorăspuns. Tratamentele de modificare, cum ar fi fotosensibilizarea, pot îmbunătăți performanța fotocatalitică.
Domeniile de aplicare ale oxidării fotocatalitice includ în principal tratarea apelor uzate colorante, a apelor uzate organice cu concentrație ridicată și îndepărtarea micro-poluanților dificil de degradat în etapa avansată de tratare a apei potabile. În condiții normale, oxidarea fotocatalitică TiO2 poate fi efectuată numai în lungimea de undă a luminii ultraviolete, ceea ce limitează popularizarea și aplicarea tehnologiei fotocatalitice. În plus, dezvoltarea reactoarelor de oxidare fotocatalitică este încă imatură și este dificil de realizat o prelucrare la scară largă.
▶Oxidarea umedă
Această metodă este o metodă avansată de oxidare care folosește oxidanți pentru a oxida materia organică din apele uzate în dioxid de carbon și apă sub temperatură ridicată și presiune ridicată, eliminând astfel poluanții. Metoda are caracteristicile unei game largi de aplicare, eficiență ridicată a tratamentului, puține poluări secundare, viteză de oxidare rapidă, energie recuperabilă și materiale utile. În Japonia și Statele Unite, acest tip de metodă a fost aplicat în inginerie, este o tehnologie de vârf și are perspective largi de dezvoltare. Cu toate acestea, această metodă are, de asemenea, o problemă, adică este necesară, în general, oxidarea umedă pentru a fi efectuată în condiții de temperatură ridicată și presiune înaltă. Produsul intermediar este adesea acid organic, care necesită materiale pentru echipamente ridicate, catalizatori scumpi și este potrivit numai pentru apele uzate cu debit mic și cu concentrație ridicată ...
Metodele de oxidare umedă includ două tipuri: oxidarea apei subcritice și oxidarea apei supercritice. Tehnologia de oxidare a apei supercritice se referă la o tehnologie nouă și de înaltă eficiență de tratare a deșeurilor în care apa este oxidată pentru a trata poluanții organici în condiții supercritice. Sub o anumită temperatură și presiune, aproape toată materia organică poate fi complet oxidată și descompusă într-un timp scurt, ceea ce scurtează mult timpul de tratare a apelor uzate. Dispozitivul de tratare este complet închis, ceea ce economisește spațiu și nu are poluare secundară.
În apa supercritică, solubilitatea sării este semnificativ redusă, în timp ce solubilitatea substanțelor organice este semnificativ crescută. De exemplu, benzenul, hexanul, N2, O2 etc. pot fi complet miscibile cu apa, provocând modificări ale densității, vâscozității și coeficientului de difuzie. Coeficientul de difuzie scade odată cu creșterea densității. Deoarece tehnologia de oxidare umedă folosește temperatură și presiune mai ridicate, densitatea apei scade, coeficientul de difuzie devine mai mare și viteza de transfer a masei crește brusc.
Domeniile de aplicare ale oxidării umede includ în principal tratarea apelor uzate a pesticidelor, tratarea apelor uzate cu fenol, imprimarea și vopsirea apelor uzate și tratarea nămolului etc. După ce apele uzate menționate mai sus sunt tratate prin oxidare umedă, toxicitatea este mult redusă și biodegradabilitatea este, de asemenea, îmbunătățită. Cu ajutorul tratamentului biochimic, se poate realiza deversarea apelor uzate.
Tehnologia avansată de oxidare poate mineraliza poluanții organici în dioxid de carbon și apă. Este un proces ecologic, dar costul ridicat de procesare atunci când degradează poluanții este un" gâtuire" limitându-i promovarea. În tehnologia avansată de oxidare a Chinei&# 39, cu excepția câtorva, cum ar fi metoda Fenton și tehnologia de oxidare a ozonului, care a fost aplicată în tratarea efectivă a apei, restul se află în cea mai mare parte în cercetarea de laborator sau în etapa de testare la scară mică. Aplicarea sa în industria reală poate fi accelerată numai rezolvând dezavantajele costurilor ridicate de investiție și tratament ale tehnologiei avansate de oxidare, coroziunea gravă a echipamentelor și o cantitate mică de apă tratată. Direcția de dezvoltare a tehnologiei avansate de oxidare poate fi rezumată după cum urmează:
Una este că unele tehnologii, cum ar fi tehnologia de oxidare fotocatalitică și tehnologia de oxidare a ozonului, pot îmbunătăți biodegradabilitatea apelor uzate, dar este dificil și costisitor să trateze separat apele uzate de cocsificare. Poate fi combinat cu tehnologia biochimică pentru a reduce toxicitatea biologică a apelor uzate de cocsificare și pentru a îmbunătăți biodegradabilitatea. , Și apoi utilizați metode biochimice cu consum redus și eficiență ridicată pentru tratament.
În al doilea rând, tehnologiile precum oxidarea catalitică umedă și oxidarea apei supercritice au cerințe ridicate de echipament și costuri ridicate de procesare. Se pot efectua cercetări și dezvoltări speciale pentru materialele reactoarelor și catalizatorii cu costuri reduse. În tratarea apelor uzate de cocsificare, apele uzate dificil de tratat, cum ar fi amoniacul rămas, nu trebuie amestecate cu alte ape uzate, să crească cantitatea de apă uzată și apoi să utilizeze oxidanții avansați menționați mai sus pentru tratare.
Al treilea este proiectarea unui reactor cu o structură simplă, eficiență ridicată, lumină naturală și funcționare stabilă pe termen lung, îmbunătățirea eficienței tratamentului tehnologiei de oxidare fotochimică și oxidare fotocatalitică și combinarea acestuia cu coagularea, adsorbția și alte tehnologii.