De snelle ontwikkeling van de ijzer- en staalindustrie heeft geleid tot een grote hoeveelheid moeilijk te behandelen industrieel afvalwater, met name verkooksingsafvalwater, dat een grote hoeveelheid giftige, schadelijke en moeilijk afbreekbare organische stof met een hoge concentratie bevat. Het heeft de kenmerken van een complexe samenstelling en grote veranderingen in waterkwaliteit en -volume. De behandeling van afvalwater van cokesvorming baart steeds meer mensen zorgen. Let op. Momenteel bestaat de behandeling van afvalwater uit cokesvorming voornamelijk uit traditionele biologische behandelingsmethoden, uitvlokkings- en coagulatiemethoden en adsorptiemethoden. Het verkooksende afvalwater is slecht biologisch afbreekbaar en moet in een grote hoeveelheid worden verdund voor een biochemische behandeling. Bovendien, nadat het biochemisch effluent CZV (chemisch zuurstofverbruik) en ammoniakstikstofgehalte moeilijk tegelijkertijd aan de norm kunnen voldoen, moet het verder worden behandeld. Sommige geavanceerde behandelingstechnologieën hebben echter hoge verwerkingskosten en het is moeilijk om sommige giftige en schadelijke stoffen volledig af te breken, en ze zijn vatbaar voor secundaire vervuiling. Op basis van de huidige status van de behandeling van afvalwater met cokes, is het zeer noodzakelijk om efficiënte en milieuvriendelijke behandelingstechnologieën te bestuderen.
Advanced Oxidation Process (AOP's) gebruikt de extreem actieve hydroxylradicalen (·OH) die in het reactiesysteem worden gegenereerd om organische verontreinigende moleculen aan te vallen en uiteindelijk organische verontreinigende stoffen te oxideren tot CO2, H2O en andere niet-toxische. vriendelijke en efficiënte afvalwaterzuiveringstechnologie. Op dit moment omvatten geavanceerde oxidatietechnologieën voornamelijk chemische oxidatie, fotochemische oxidatie, fotokatalytische oxidatie, natte katalytische oxidatie, enz. Omdat AOP's de voordelen hebben van sterke oxidatie en gemakkelijke controle van bedrijfsomstandigheden, hebben ze de laatste jaren steeds meer aandacht getrokken.
▶Chemische oxidatie
Deze methode maakt gebruik van chemische oxidanten om vloeibare of gasvormige anorganische of organische stoffen om te zetten in licht giftige of niet-toxische stoffen of om ze om te zetten in gemakkelijk scheidbare vormen. Algemeen gebruikte oxidatiemiddelen op het gebied van waterbehandeling zijn ozon, waterstofperoxide, kaliumpermanganaat en dergelijke. In het afvalwaterzuiveringsproces met fenol is de toepassing van ozon en waterstofperoxide het meest gebruikelijk.
Op dit moment hebben veel landen in de wereld ozon gebruikt voor desinfectie, vooral in Europa wordt ozon gebruikt bij de waterbehandeling van waterplanten. Voeg vaste katalysatoren toe aan het ozonoxidatiesysteem, zoals actieve kool met een groot oppervlak. Ozon en actieve kool worden tegelijkertijd gebruikt om een katalytische rol te spelen en kunnen de kleine molecuulproducten na ozonoxidatie absorberen. De twee verhogen samen de OH- in de oplossing. Het heeft een synergetisch effect om meer hydroxylradicalen te genereren.
Waterstofperoxide is een sterk oxidatiemiddel. Het heeft een snelle oxidatiereactie in een alkalische oplossing en zal geen onzuiverheidionen naar de reactieoplossing brengen. Daarom wordt het goed gebruikt bij de behandeling van een verscheidenheid aan organische of anorganische verontreinigende stoffen. Waterstofperoxide wordt al heel lang gebruikt om CZV uit industrieel afvalwater te verwijderen. Hoewel de prijs van het gebruik van chemische oxidatie voor de behandeling van afvalwater hoger is dan die van gewone fysische en biologische methoden, heeft deze methode onvervangbare effecten met andere behandelingsmethoden, zoals toxisch. Voorvergisting van gevaarlijk of niet-biologisch afbreekbaar afvalwater, voorbehandeling van afvalwater met een hoge concentratie/laag debiet, enz. Het effect van het gebruik van waterstofperoxide alleen om stabiele vuurvaste verbindingen met een hoge concentratie af te breken is niet goed. Het kan worden verbeterd door overgangsmetaalzouten te gebruiken. De meest gebruikelijke methode is om ijzerzouten te gebruiken om te activeren.
▶Fenton's reagensmethode.
Het Fenton-reagens, dat is samengesteld uit oplosbaar ferrozout en waterstofperoxide gemengd in een bepaalde verhouding, kan veel organische moleculen oxideren en het systeem vereist geen hoge temperatuur en hoge druk. Het Fe2+ in het reagens kan de ontleding van waterstofperoxide initiëren en bevorderen, waardoor hydroxylradicalen ontstaan. Sommige giftige en schadelijke stoffen zoals fenol, chloorfenol, chloorbenzeen en nitrofenol kunnen ook worden geoxideerd door Fenton's reagens en Fenton-achtig reagens.
De combinatie van waterstofperoxide en ozon en de combinatie van waterstofperoxide en ultraviolet wordt Fenton-achtige technologie genoemd, en het principe is hetzelfde als dat van Fenton-technologie.
▶Fotochemische oxidatie
Deze methode is een chemische reactie die wordt uitgevoerd onder invloed van licht. Het vereist moleculen om elektromagnetische straling van een specifieke golflengte te absorberen en te worden geëxciteerd om een moleculaire aangeslagen toestand te produceren, en dan chemisch te veranderen in een andere stabiele toestand, of een tussenproduct te worden dat een thermische reactie initieert. Het ontledingseffect van eenvoudige ultraviolette lichtstraling is zwak. Door een geschikte hoeveelheid oxidanten (zoals H2O2, O3, enz.) in de oxidatiemethode met ultraviolet licht te introduceren, kan het afvalwaterbehandelingseffect aanzienlijk worden geoptimaliseerd en kan de afbraaksnelheid worden versneld. Er zijn twee manieren van fotodegradatie van organisch materiaal: directe fotodegradatie en indirecte fotodegradatie. De eerste verwijst naar de directe reactie van organische stofmoleculen met stoffen in de omgeving na het absorberen van lichtenergie; de laatste verwijst naar bepaalde stoffen die in de organische omgeving voorkomen. Het proces van het absorberen van lichtenergie in een aangeslagen toestand en het induceren van de reactie van organisch materiaal en verontreinigende stoffen. Onder hen is indirecte lichtafbraak van organisch materiaal belangrijker.
Het golflengtebereik dat kan worden gebruikt in de fotochemische oxidatiemethode is 200 nm ~ 700 nm, dat wil zeggen het bereik van ultraviolet licht en zichtbaar licht. Fotochemische oxidatie heeft toepassingen in de bestrijding van luchtverontreiniging en de behandeling van afvalwater. Het kan worden onderverdeeld in UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton en andere systemen volgens de soorten oxidanten. Ongeacht het systeem breken fotochemische reacties in het algemeen organische stoffen af door hydroxylradicalen te genereren.
In het UV / O3-systeem zal de ozon in de vloeibare fase bijvoorbeeld ontleden om hydroxylradicalen te produceren onder ultraviolette straling, en de ultraviolette absorptiesnelheid bereikt het maximum bij 253,7 nm, wat de meeste organische stof kan oxideren tot CO2 en water, en wordt gebruikt voor de behandeling van ijzer in industrieel afvalwater. Cyaan, organische verbindingen, op stikstof gebaseerde zuren, alcoholen, pesticiden, organische verbindingen die stikstof, zwavel of fosfor bevatten, en gechloreerde organische stoffen en andere verontreinigende stoffen.
▶Fotokatalytische oxidatie
Bij deze methode produceert een fotokatalysator (ook wel fotokatalysator genoemd) een katalytisch effect onder bestraling van een lichtbron met een specifieke golflengte, zodat de omringende watermoleculen en zuurstof worden geëxciteerd om extreem actieve ·OH- en ·O2-vrije ionen te vormen. groepen. De fotokatalytische oxidatietechnologie maakt gebruik van katalysatoren zoals TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 en Fe3O4.
TiO2 is de meest gebruikte katalysator. In de fotokatalytische reactie wordt de fotokatalytische activiteit van TiO2 voornamelijk beïnvloed door de kristalfase, korrelgrootte en specifiek oppervlak. Wanneer de kristalfase wordt bepaald, worden de kristalkorrelgrootte en het specifieke oppervlak belangrijke factoren in de fotokatalyse van TiO2. Hoe kleiner de deeltjesgrootte, hoe korter de diffusietijd van fotogegenereerde elektronen en gaten, en hoe groter het specifieke oppervlak, hoe effectiever het is om vervuiling in water te absorberen. De stof om de fotokatalytische prestaties te verbeteren. Wanneer de deeltjesgrootte van de katalysator het nanometerniveau bereikt, kan dit ook een kwantumeffect produceren om de lichtabsorptiesnelheid en de benuttingsgraad te verbeteren, wat een belangrijke richting is van het huidige katalysatoronderzoek.
Fotokatalytische oxidatie heeft de kenmerken van niet-toxiciteit en eenvoudige bedrijfsomstandigheden. Ultraviolet licht, gesimuleerd zonlicht en zonlicht kunnen worden gebruikt als lichtbronnen en natuurlijke omstandigheden (zoals lucht) kunnen worden gebruikt als katalysatoren. Het heeft een hoge activiteit, goede stabiliteit en kan organisch maken. De verontreinigende stoffen zijn volledig afgebroken en er is geen secundaire vervuiling. Om volledig gebruik te maken van natuurlijk licht om verschillende verontreinigende stoffen af te breken, hebben mensen de afgelopen jaren veel werk verzet om de katalytische activiteit te verbeteren en het golflengtebereik van excitatielicht uit te breiden, ook wel bekend als oppervlaktemodificatie van katalysatoren. Overgangsmetaaldotering van TiO2 kan nieuwe gemodificeerde energieniveaus vormen door edelmetalen af te zetten, waardoor het fotoresponsbereik wordt vergroot. Modificatiebehandelingen zoals fotosensibilisatie kunnen de fotokatalytische prestaties verbeteren.
De toepassingsgebieden van fotokatalytische oxidatie omvatten voornamelijk de behandeling van kleurstofafvalwater, hooggeconcentreerd organisch afvalwater en de verwijdering van moeilijk afbreekbare microverontreinigingen in de geavanceerde behandelingsfase van drinkwater. Onder normale omstandigheden kan TiO2-fotokatalytische oxidatie alleen worden uitgevoerd in het golflengtebereik van ultraviolet licht, wat de popularisering en toepassing van fotokatalytische technologie beperkt. Bovendien staat de ontwikkeling van fotokatalytische oxidatiereactoren nog in de kinderschoenen en is het moeilijk om grootschalige verwerking te realiseren.
▶Natte oxidatie
Deze methode is een geavanceerde oxidatiemethode die gebruik maakt van oxidanten om organisch materiaal in afvalwater onder hoge temperatuur en hoge druk te oxideren tot koolstofdioxide en water, waardoor verontreinigende stoffen worden verwijderd. De methode heeft de kenmerken van een breed toepassingsgebied, een hoog behandelingsrendement, weinig secundaire vervuilingen, een hoge oxidatiesnelheid en winbare energie en bruikbare materialen. In Japan en de Verenigde Staten is dit type methode toegepast in engineering, is het geavanceerde technologie en heeft het brede ontwikkelingsperspectieven. Deze methode heeft echter ook een probleem, dat wil zeggen dat natte oxidatie in het algemeen moet worden uitgevoerd onder omstandigheden van hoge temperatuur en hoge druk. Het tussenproduct is vaak organisch zuur, dat hoogwaardige uitrustingsmaterialen en dure katalysatoren vereist en alleen geschikt is voor afvalwater met een kleine stroom en hoge concentraties...
Natte oxidatiemethoden omvatten twee soorten: subkritische wateroxidatie en superkritische wateroxidatie. Superkritische wateroxidatietechnologie verwijst naar een nieuwe en zeer efficiënte afvalverwerkingstechnologie waarbij water wordt geoxideerd om organische verontreinigende stoffen onder superkritische omstandigheden te behandelen. Onder een bepaalde temperatuur en druk kan bijna alle organische stof in korte tijd volledig worden geoxideerd en afgebroken, wat de behandelingstijd van het afvalwater aanzienlijk verkort. Het behandelingsapparaat is volledig ingesloten, wat ruimte bespaart en geen secundaire vervuiling heeft.
In superkritisch water wordt de oplosbaarheid van zout aanzienlijk verminderd, terwijl de oplosbaarheid van organische stoffen aanzienlijk wordt verhoogd. Zo kunnen benzeen, hexaan, N2, O2, enz. volledig mengbaar zijn met water, waardoor veranderingen in dichtheid, viscositeit en diffusiecoëfficiënt ontstaan. De diffusiecoëfficiënt neemt af met de toename van de dichtheid. Omdat de natte oxidatietechnologie hogere temperatuur en druk gebruikt, neemt de dichtheid van water af, wordt de diffusiecoëfficiënt groter en neemt de massaoverdrachtssnelheid sterk toe.
De toepassingsgebieden van natte oxidatie omvatten voornamelijk de behandeling van afvalwater met pesticiden, de behandeling van afvalwater met fenol, het bedrukken en verven van afvalwater en slibbehandeling, enz. Nadat het bovengenoemde afvalwater is behandeld door natte oxidatie, wordt de toxiciteit sterk verminderd en is de biologische afbreekbaarheid ook verbeterd. Met behulp van biochemische zuivering kan de lozing van afvalwater worden gerealiseerd.
Geavanceerde oxidatietechnologie kan organische verontreinigende stoffen mineraliseren tot koolstofdioxide en water. Het is een milieuvriendelijk proces, maar de hoge verwerkingskosten bij het afbreken van verontreinigende stoffen is een"knelpunt" de promotie ervan beperken. In China's geavanceerde oxidatietechnologie, met uitzondering van enkele zoals de Fenton-methode en ozonoxidatietechnologie die is toegepast in de daadwerkelijke waterbehandeling, bevindt de rest zich meestal in laboratoriumonderzoek of kleinschalige testfase. Alleen door de nadelen van hoge investerings- en behandelingskosten van geavanceerde oxidatietechnologie, ernstige corrosie van apparatuur en een kleine hoeveelheid behandeld water op te lossen, kan de toepassing ervan in de eigenlijke industrie worden versneld. De ontwikkelingsrichting van geavanceerde oxidatietechnologie kan als volgt worden samengevat:
Een daarvan is dat sommige technologieën, zoals fotokatalytische oxidatietechnologie en ozonoxidatietechnologie, de biologische afbreekbaarheid van afvalwater kunnen verbeteren, maar het is moeilijk en kostbaar om cokesafvalwater afzonderlijk te behandelen. Het kan worden gecombineerd met biochemische technologie om de biologische toxiciteit van verkooksingsafvalwater te verminderen en de biologische afbreekbaarheid te verbeteren. , En gebruik vervolgens biochemische methoden met een laag verbruik en hoge efficiëntie voor de behandeling.
Ten tweede hebben technologieën zoals natte katalytische oxidatie en superkritische wateroxidatie hoge apparatuurvereisten en hoge verwerkingskosten. Er kan speciaal onderzoek en ontwikkeling worden uitgevoerd voor reactormaterialen en goedkope katalysatoren. Bij de behandeling van afvalwater van cokesvorming mag het moeilijk te behandelen afvalwater, zoals resterende ammoniak, niet worden gemengd met ander afvalwater, de hoeveelheid afvalwater verhogen en vervolgens de bovengenoemde geavanceerde oxidanten gebruiken voor behandeling.
De derde is het ontwerpen van een reactor met een eenvoudige structuur, hoog rendement, natuurlijk licht en langdurige stabiele werking, het verbeteren van de behandelingsefficiëntie van fotochemische oxidatie en fotokatalytische oxidatietechnologie, en combineren met coagulatie, adsorptie en andere technologieën.