污水处理高级氧化技术方法分类及原理.docx

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1、污水处理高级氧化技术方法分类及 原理Ol化学氧化技术化学氧化技术常用于生物处理的前处理。一般是在催化剂作用下， 用化学氧化剂去处理有机废水以提高其可生化性，或直接氧化降 解废水中有机物使之稳定化。01芬顿氧化法该技术起源于19世纪90年代中期，由法国科学家HJTenton 提出，在酸性条件下,H2O2在Fe2 +离子的催化作用下可有效 的将酒石酸氧化2,并应用于苹果酸的氧化。长期以来，人们 默认的Fenton主要原理是利用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂， 反应产生羟基自由基式为:Fe2 + + H2O2Fe3 + + 0H0H , 且反应大都在酸性条件下进行。在化学氧化法中，Fenton法在处理

2、一些难降解有机物(如苯酚类、 苯胺类)方面显示出一定的优越性。随着人们对Fenton法研究的 深入，近年来又把紫外光(UV)、草酸盐等引入Fenton法中，使 Fenton法的氧化能力大大增强。02类芬顿氧化法类Fenton反应是除Fe(Il)以外，Fe(m)、含铁矿物以及其他一 些过渡金属如Co、Cd、Cu. Ag、Mn. Ni等可以加速或者替 代Fe(Il)而对H2O2起催化作用的一类反应的总称。研究表明,利用Fe3 +、Mn2 +等均相催化剂和铁粉、石墨、铁、 镒的氧化矿物等非均相催化剂同样可使H2O2分解产生QH,因 其反应基本过程与Fenton试剂类似而称之为类Fenton体系。 如

3、用Fe3+代替Fe2 + ,由于Fe2 +是即时产生的,减少了QH被 Fe2 +还原的机会,可提高？OH的利用效率。若在Fenton体系中 加入某些络合剂（如C2O2-4、EDTA等）,可增加对有机物的去除 率。03臭氧氧化法臭氧氧化体系具有较高的氧化还原电位，能够氧化废水中的大部 分有机污染物，被广泛应用于工业废水处理中。臭氧能氧化水中 许多有机物，但臭氧与有机物的反应是有选择性的，而且不能将 有机物彻底分解为C02和H20 ,臭氧氧化后的产物往往为竣酸 类有机物。且臭氧的化学性质极不稳定，尤其在非纯水中，氧化分解速率以 分钟计。在废水处理中，臭氧氧化通常不作为一个单独的处理单 元，通常会加

4、入一些强化手段，如光催化臭氧化、碱催化臭氧化 和多相催化臭氧化等。止匕外，臭氧氧化与其他技术联用也是研究 的重点，如臭氧/超声波法、臭氧/生物活性炭吸附法等。02电化学催化氧化法该技术起源于20世纪40年代，有应用范围广、降解效率高、 能量要求简单、利于实现自动化操作，应用方式灵活多样等优点。 电化学催化氧化法既可用于难降解废水的前处理措施来提高可 生物降解性能，又可以作为难降解酚类废水的深度处理技术，在 优化的PH值、温度和电流强度条件下，苯酚可以得到几乎完全 的分解。针对高浓度、难降解.有毒有害的含酚废水，传统生物法和物化法已经失去了其优势，化学氧化法又因其昂贵的费用阻碍了其推广应用，电化

5、学催化氧化法越来越受到人们的青睐，但其自身也存在一些问题，如电耗，电极材料多为贵金属，成本较高及存在 阳极腐蚀，指导其推广应用的微观动力学和热力学研究尚不完善 等。03湿式氧化技术湿式氧化，又称湿式燃烧，是处理高浓度有机废水的一种行之有 效的方法，其基本原理是在高温高压的条件下通入空气，使废水 中的有机污染物被氧化，按处理过程有无催化剂可将其分为湿式 空气氧化和湿式空气催化氧化两类。湿式空气氧化法 最早研制开发湿式空气氧化(Wet Air Oxidation ,简称WAO) 法并实现工业化的是美国的Zimpro公司，该公司已将WAO工 艺应用于烯煌生产废洗涤液、丙烯睛生产废水及农药生产废水等

6、有毒有害工业废水的处理。WAO技术是在高温(125320) 高压(0.520MPa)条件下通入空气，使废水中的高分子有机 物直接氧化降解为无机物或小分子有机物。使用湿式空气氧化技术对乐果生产废水进行预处理，有机磷的去 除率高达95% ,有机硫的去除率高达90%oZimpro公司的WAO 工艺处理效率高、反应时间短，但由于该技术要求高温高压，所 需设备投资较大，运转条件苛刻，难于被一般企业接受，因而配 合使用催化剂从而降低反应温度和压力或缩短反应停留时间的 湿式空气催化氧化法近年来更是受到广泛的重视与研究。湿式空气催化氧化(CataIytiC Wet Air Oxidation z 简称 CWA

7、O) 法是在传统的湿式氧化处理工艺中加入适宜的催化剂使氧化反 应能在更温和的条件下和更短的时间内完成。从而可降低反应的 温度和压力提高氧化分解能力加快反应速率，缩短停留时间， 也因此可减轻设备腐蚀、降低运行费用。湿式空气催化氧化法的关键问题是高活性易回收的催化剂。CWAO的催化剂一般分为金属盐、氧化物和复合氧化物3类， 按催化剂在体系中存在的形式，又可将湿式空气催化氧化法分为 均相湿式催化氧化法和非均相湿式催化氧化法。均相湿式催化氧化化法。在均相湿式催化氧化法中，由于催化剂 (多为金属离子)是可溶性的过渡金属盐类，这些盐类以离子形式 存在于废水中，在离子或分子的水平上通过引发氧化剂的自由基 反

8、应并不断地再生而对水中有机物的氧化反应起催化作用。在均相湿式催化氧化法中由于催化剂在分子或离子水平上独立起作用，因而分子活性高，使得氧化效果较好。但由于均相湿式 催化氧化法中的催化剂是以离子形式存在，较难从废水中回收和 再利用，且易造成二次污染。非均相湿式催化氧化法。非均相湿式催化氧化是向反应体系中加 入不溶性的固体催化剂，其催化作用是在催化剂表面进行，催化 剂的比表面积的大小对有机物的降解速率影响很大。由于固体催 化剂的组成种类及废水性质的不同，湿式催化氧化的效果也不同。 在多相湿式催化氧化法中，由于固体催化剂不溶解，不流失，活 化再生及回收都较容易，因此其应用前景十分广阔。04超临界水氧化

9、技术超临界水氧化技术是湿式空气氧化技术的强化和改进，是由美国 MODAR公司于1982年开发成功的，其原理是利用超临界水作 为介质来氧化分解有机物。它同样是以水为液相主体，以空气中的氧为氧化剂，于高温高压 下反应。但其改进与提高之处就在于利用水在超临界状态下的性 质，水的介电常数减少至近似于有机物与气体，从而使气体和有 机物能完全溶于水中，相界面消失，形成均相氧化体系，消除了 在湿式氧化过程中存在的相际传质阻力，提高了反应速率，又由 于在均相体系中氧化态自由基的独立活性更高，氧化程度也随之 提高。超临界水是有机物和氧的良好溶剂，有机物在富氧超临界水中进 行均相氧化，其反应速度很快，在40060

10、0。C下，几秒钟就 能将有机物的结构破坏，反应完全、彻底，使有机碳、氢完全转 化为CO2和H2Oo超临界水氧化技术由于其反应迅速氧化彻底而越来越受到人们 的关注，如何通过催化剂来降低反应的温度和压力或缩短反应停 留时间是本领域的一个研究热点。目前常用的催化剂大多是应用 于湿式催化氧化工艺的催化剂，寻找对超临界水氧化技术具有广 谱催化性能的催化剂是该技术推广中的一个难点。光催化氧化技术光催化氧化技术是在光化学氧化技术的基础上发展起来的。光化 学氧化技术是在可见光或紫外光作用下使有机污染物氧化降解 的反应过程。自然环境中的部分近紫外光(29040Onm)极易 被有机污染物吸收，在有活性物质存在时即

11、发生强烈的光化学反 应，从而使有机物降解。但由于反应条件所限，光化学氧化降解 往往不够彻底，易产生多种芳香族有机中间体，成为光化学氧化 需要克服的问题。自1976年Carey等首先采用TiO2光催化降解联苯和氯代联苯 以来，光催化氧化技术的研究热点就转化到了以TiO2为催化剂 的光催化氧化降解有机污染物这一方向上来。由于光催化氧化技术设备结构简单、反应条件温和、操作条件容 易控制、氧化能力强、无二次污染，加之TiO2化学稳定性高、 无毒、价廉，故Ti02光催化氧化技术是一项具有广泛应用前景 的新型水处理技术。超声波氧化法声化学的发展使人们越来越关注其在水及废水处理中的应用。超 声波氧化(UltraSonieoXidatiOn)的动力来源是声空化，当足够强 度的超声波(15kHz20MHZ)通过水溶液，在声波负压半周期， 声压幅值超过液体内部静压，液体中的空化核迅速膨胀;在声波 正压半周期，气泡又因绝热压缩而破裂，持续时间约0ls0破 裂瞬间产生约5000K和IoOMPa的局部高温高压环境，并产生 速率为IlOm/s的强冲击微射流。超声波氧化采用的设备是磁电式或压电式超声波换能器，通过电 磁换能产生超声波。实验室内使用较多的是辐射板式超声波仪、 探头式以及NAP反应器等。超声波氧化反应条件温和，通常在 常温下进行，对设备要求低，是应用前景广阔的无公害绿色化处 理技术。