廢水高級氧化處理的類型、原理及特點

廢水高級氧化處理的類型、原理及特點高級氧化技術(shù)(AdvancedOxidationProcess，AOP)是指氧化能力超過所有常見氧化劑或氧化電位接近或達(dá)到羥基自由基HO?水平，可與有機(jī)污染物進(jìn)行系列自由基鏈反應(yīng)，從而破壞其結(jié)構(gòu)，使其逐步降解為無害的低分子量的有機(jī)物，最后降解為CO2、H2O和其他礦物鹽的技術(shù)。高級氧化技術(shù)已成為治理生物難降解有機(jī)有毒污染物的重要手段，在印染、化工、農(nóng)藥、造紙、電鍍和印制板、制藥、醫(yī)院、礦山、垃圾滲濾液等廢水的處理上已獲得應(yīng)用。它的優(yōu)點是：(1)通過反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基將難降解的有毒有機(jī)污染物有效地分解，直至徹底地轉(zhuǎn)化為無害的無機(jī)物，如CO2、N2、SO4-、PO43-、O2、H2O等，沒有二次污染，這是其他氧化法難以達(dá)到的。(2)反應(yīng)時間短、反應(yīng)速度快，且過程可以控制、無選擇性，能將多種有機(jī)污染物全部降解。它的缺點是：(1)處理過程有的過于復(fù)雜、處理費用普遍偏高、氧化劑消耗大，碳酸根離子及懸浮固體對反應(yīng)有干擾。(2)僅適用于高濃度、小流量的廢水的處理，低濃度、大流量的廢水應(yīng)用難。1廢水高級氧化處理的類型：高級氧化技術(shù)主要分為Fenton氧化法、臭氧聯(lián)合氧化法、濕式氧化法、超臨界水氧化法、光催化氧化法和超聲氧化法等幾類氧類氧化法等幾類。1.1Fenton氧化法Fenton氧化法。1894年，法國人H.J.HFenton發(fā)現(xiàn)采用Fe2++H2O2體系能氧化多種有機(jī)物。為紀(jì)念他后人將亞鐵鹽和過氧化氫的組合稱為Fenton試劑，它能高效氧化去除一般廢水處理技術(shù)無法去除的難降解有機(jī)物。近年來，許多學(xué)者傾向于將Fenton氧化法與其他處理方法結(jié)合起來處理有機(jī)廢水，如微電解法、超聲波法、生物處理法等等。Fenton試劑法處理廢水的實質(zhì)是二價鐵離子(Fe2+)與過氧化氫之間的鏈反應(yīng)催化生成羥基自由基(·OH)，其具有較強(qiáng)的氧化能力，·OH與有機(jī)物RH反應(yīng)生成游離基(R·)，(R·)則進(jìn)一步氧化生成CO2和H2O，,從而大大降低廢水的COD。另一方面，·OH具有很高的電負(fù)性或親電性，它的電子親和能力達(dá)569.3kJ之高，具有很強(qiáng)的加成反應(yīng)特性，因而Fenton試劑可無選擇性或低選擇性的氧化水中的大多數(shù)有機(jī)污染物，特別適用于生物難降解、生物低降解或一般化學(xué)氧化劑難以奏效的有機(jī)污染物的氧化處理。Fenton反應(yīng)的優(yōu)點：(1)可氧化破壞多種有毒有害的有機(jī)物，適用范圍廣。(2)反應(yīng)條件溫和，不需高溫高壓。(3)設(shè)備簡單，可單獨處理，也可與其他方法聯(lián)合處理。Fenton反應(yīng)的缺點：(1)使用藥劑的量多，過量的二價鐵會增大處理后廢水的COD值。(2)反應(yīng)時間長，通常要一到數(shù)小時。(3)氧化能力還不太強(qiáng)，有些有機(jī)物還不能被破壞，需借助紫外光、超聲波、臭氧等進(jìn)行強(qiáng)化。1.2臭氧聯(lián)合氧化法臭氧O3因其氧化能力強(qiáng)在水處理中得到廣泛的應(yīng)用，在污水消毒、除色、除臭、去除COD方面均有很好的效果。單獨采用臭氧氧化處理存在著臭氧利用率低、降解效果差等問題。為提高臭氧利用率及其氧化能力，將多種催化手段與臭氧進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)臭氧分解生成具有更強(qiáng)氧化能力的·OH，形成了臭氧聯(lián)合氧化法。O3在水中生成·OH主要有3種途徑:在堿性條件下，在紫外光(03/UV)作用下以及在金屬催化下。具體方法包括03/催化劑、03/UV,03/H2O2，及03/超聲波等技術(shù)，這些氧化技術(shù)可使臭氧在水處理過程中發(fā)揮更大的作用，將水中有機(jī)物盡可能地氧化降解。臭氧聯(lián)合氧化法的研究與應(yīng)用還處于起步階段，相關(guān)的工藝和配套設(shè)備還不夠完善，仍存在一些需要進(jìn)一步深入研究解決的問題。首先，03的在水中溶解度較低，如何有效地使03溶于水，提高03的利用效率需進(jìn)一步研究解決;其次，由于03產(chǎn)生效率較低，能耗大，研究高效低能耗的臭氧發(fā)生裝置也成為當(dāng)前要解決的關(guān)鍵問題之一;再次，03與其它技術(shù)的聯(lián)合使用，需要研制出催化效果好、壽命長、重復(fù)利用率高的催化劑。水、有機(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等廢水處理中，都能有效地進(jìn)行光催化反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為無機(jī)小分子，達(dá)到完全無害化的目的。(3)光催化反應(yīng)對許多無機(jī)物，如CN?、Au(CN)-2、I-、SCN-、Cr2O2-7、Hg(CH3)2、Hg2+等的去除也有廣闊的應(yīng)用前景。(4)可以破壞氰化物，以及電鍍常用的各種有機(jī)螯合劑和添加劑，而達(dá)無害化。(5)可以除去各種水中的微生物、細(xì)菌和霉菌。(6)不僅可以破壞稀溶液(廢水)中的有機(jī)物，而且可以破壞濃溶液(槽液)中的有機(jī)物。(7)是一種非常清潔的干處理法，不會引入任何其他物質(zhì)到體系中。(8)能徹底破壞有機(jī)物而使其轉(zhuǎn)化為CO2排出，處理的深度比其他方法高。光催化氧化的缺點：(1)紫外光的吸收范圍較窄，光能利用率較低，其效率還會受催化劑性質(zhì)、紫外線波長和反應(yīng)器的限制，短波紫外線(波長小于1700?)比長波的效果好，但短波紫外光較難獲得。(2)光催化需要解決透光度的問題，因為某些廢水(如印染廢水)中的一些懸浮物和較深的色度都不利于光線的透過，會影響光催化效果。目前使用的催化劑多為納米顆粒(太大時催化效果不好)，回收困難，而且光照產(chǎn)生的電子-空穴對易復(fù)合而失活。將光催化氧化技術(shù)與其他高級氧化技術(shù)聯(lián)合使用，可以提高處理效率，增強(qiáng)氧化能力，近年來受到研究者的重視。1.6超聲氧化法超聲化學(xué)氧化主要是利用頻率在15kHz-1MHz的聲波，在微小的區(qū)域內(nèi)瞬問高溫高壓下產(chǎn)生的氧化劑(如HO?)去除難降解有機(jī)物。另外一種是超聲波吹脫，主要用于廢水中高濃度的難降解有機(jī)物的處理。以一定頻率和壓強(qiáng)的超聲波照射溶液時，在聲波負(fù)壓作用下溶液中產(chǎn)生了空化泡，在隨后的聲波正壓相的作用下空化泡迅速崩潰，整個過程發(fā)生在納秒至微秒的時問內(nèi)，氣泡快速崩潰伴隨著氣泡內(nèi)蒸氣相的絕熱壓縮，產(chǎn)生瞬時的高溫高壓，形成所謂的“熱點”，同時產(chǎn)生有強(qiáng)烈沖擊力的高速微射流。進(jìn)入空化泡中的水蒸氣在高溫高壓下發(fā)生分裂及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，產(chǎn)生HO?、HOO?、H?等自由基以及H2O2、H2等物質(zhì)。聲化學(xué)反應(yīng)的途徑主要包括高溫高壓熱解反應(yīng)和自由基氧化反應(yīng)兩種。超聲氧化的優(yōu)點有：(1)設(shè)備易得，操作簡單，使用方便。(2)可把有毒有機(jī)物降解為毒性較小甚至無毒的小分子，降解速度快，不會造成二次污染等問題。例如對鹵代烴、鹵代脂肪烴等，光催化氧