Η ταχεία ανάπτυξη της βιομηχανίας σιδήρου και χάλυβα έχει δημιουργήσει μεγάλη ποσότητα βιομηχανικών λυμάτων που είναι δύσκολο να υποβληθούν σε επεξεργασία, ιδίως λυμάτων κοκ, τα οποία περιέχουν μεγάλη ποσότητα τοξικών, επιβλαβών και δύσκολο να υποβαθμιστούν οργανικές ύλες υψηλής συγκέντρωσης. Έχει τα χαρακτηριστικά σύνθετης σύνθεσης και μεγάλες αλλαγές στην ποιότητα και τον όγκο του νερού. Η επεξεργασία λυμάτων κοκ προκαλεί όλο και περισσότερο τις ανησυχίες των ανθρώπων. Δώσε προσοχή στο. Προς το παρόν, η επεξεργασία λυμάτων κοκ είναι κυρίως παραδοσιακές μέθοδοι βιολογικής επεξεργασίας, μέθοδοι κροκίδωσης και πήξης και μέθοδοι προσρόφησης. Τα λύματα κοκ έχουν χαμηλή βιοδιασπασιμότητα και πρέπει να αραιωθούν σε μεγάλη ποσότητα πριν από τη βιοχημική επεξεργασία. Επιπλέον, αφού η βιοχημική εκροή COD (απαίτηση χημικού οξυγόνου) και η περιεκτικότητα σε άζωτο αμμωνίας είναι δύσκολο να ικανοποιηθούν τα πρότυπα ταυτόχρονα, πρέπει να υποβληθεί σε περαιτέρω επεξεργασία. Ωστόσο, ορισμένες προηγμένες τεχνολογίες επεξεργασίας έχουν υψηλό κόστος επεξεργασίας και είναι δύσκολο να υποβαθμιστούν εντελώς ορισμένες τοξικές και επιβλαβείς ουσίες και είναι επιρρεπείς σε δευτερογενή ρύπανση. Με βάση την τρέχουσα κατάσταση της επεξεργασίας λυμάτων κοκ, είναι πολύ απαραίτητο να μελετηθούν αποτελεσματικές και φιλικές προς το περιβάλλον τεχνολογίες επεξεργασίας.
Η Advanced Oxidation Process (AOPs) χρησιμοποιεί τις εξαιρετικά δραστικές ρίζες υδροξυλίου (· OH) που δημιουργούνται στο σύστημα αντίδρασης για να επιτεθούν σε μόρια οργανικών ρύπων και τελικά να οξειδώσει τους οργανικούς ρύπους σε CO2, H2O και άλλους μη τοξικούς. Το οξύ του μικρού μορίου είναι ένα πράσινο, περιβαλλοντικά φιλική και αποτελεσματική τεχνολογία επεξεργασίας λυμάτων. Προς το παρόν, οι προηγμένες τεχνολογίες οξείδωσης περιλαμβάνουν κυρίως χημική οξείδωση, φωτοχημική οξείδωση, φωτοκαταλυτική οξείδωση, υγρή καταλυτική οξείδωση κ.λπ.
Χημική οξείδωση
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί χημικά οξειδωτικά για να μετατρέψει υγρές ή αέριες ανόργανες ή οργανικές ουσίες σε ελαφρώς δηλητηριώδεις ή μη τοξικές ουσίες ή να τις μετατρέψει σε εύκολα διαχωρίσιμες μορφές. Τα οξειδωτικά που χρησιμοποιούνται συνήθως στον τομέα της επεξεργασίας νερού είναι το όζον, το υπεροξείδιο του υδρογόνου, το υπερμαγγανικό κάλιο και τα παρόμοια. Στη διαδικασία επεξεργασίας λυμάτων φαινόλης, η εφαρμογή όζοντος και υπεροξειδίου του υδρογόνου είναι η πιο κοινή.
Προς το παρόν, πολλές χώρες στον κόσμο έχουν χρησιμοποιήσει το όζον για απολύμανση, ειδικά στην Ευρώπη, το όζον χρησιμοποιείται για την επεξεργασία νερού σε εγκαταστάσεις νερού. Προσθέστε στερεούς καταλύτες στο σύστημα οξείδωσης του όζοντος, όπως ενεργό άνθρακα με μεγάλη επιφάνεια. Το όζον και ο ενεργός άνθρακας χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα για να παίξουν καταλυτικό ρόλο και μπορούν να απορροφήσουν τα προϊόντα μικρών μορίων μετά από οξείδωση του όζοντος. Και τα δύο αυξάνουν από κοινού το OH- στο διάλυμα. Έχει συνεργική δράση για τη δημιουργία περισσότερων ριζών υδροξυλίου.
Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ένα ισχυρό οξειδωτικό. Έχει γρήγορη αντίδραση οξείδωσης σε αλκαλικό διάλυμα και δεν θα φέρει ιόντα ακαθαρσιών στο διάλυμα της αντίδρασης. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται καλά στην επεξεργασία μιας ποικιλίας οργανικών ή ανόργανων ρύπων. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου έχει χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνση του COD στα βιομηχανικά λύματα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αν και η τιμή της χρήσης χημικής οξείδωσης για την επεξεργασία των λυμάτων είναι υψηλότερη από τις συνηθισμένες φυσικές και βιολογικές μεθόδους, αυτή η μέθοδος έχει αναντικατάστατα αποτελέσματα με άλλες μεθόδους επεξεργασίας, όπως τοξικές. Προ-πέψη επικίνδυνων ή μη βιοαποικοδομήσιμων λυμάτων, προεπεξεργασία λυμάτων υψηλής συγκέντρωσης/χαμηλής ροής κ.λπ. Μπορεί να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας άλατα μεταβατικών μετάλλων. Η πιο κοινή μέθοδος είναι η χρήση αλάτων σιδήρου για ενεργοποίηση.
Method Μέθοδος αντιδραστηρίου Fenton'
Το αντιδραστήριο Fenton, το οποίο αποτελείται από διαλυτό σιδηρούχο άλας και υπεροξείδιο του υδρογόνου αναμεμειγμένο σε μια ορισμένη αναλογία, μπορεί να οξειδώσει πολλά οργανικά μόρια και το σύστημα δεν απαιτεί υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση. Το Fe2+ στο αντιδραστήριο μπορεί να ξεκινήσει και να προωθήσει την αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου, δημιουργώντας έτσι ρίζες υδροξυλίου. Ορισμένες τοξικές και επιβλαβείς ουσίες όπως η φαινόλη, η χλωροφαινόλη, το χλωροβενζόλιο και η νιτροφαινόλη μπορούν επίσης να οξειδωθούν με το αντιδραστήριο Fenton' και αντιδραστήριο που μοιάζει με Fenton.
Ο συνδυασμός υπεροξειδίου του υδρογόνου και όζοντος και ο συνδυασμός υπεροξειδίου του υδρογόνου και υπεριώδους ακτινοβολίας ονομάζονται τεχνολογία τύπου Fenton και η αρχή της είναι βασικά η ίδια με αυτήν της τεχνολογίας Fenton.
▶Φωτοχημική οξείδωση
Αυτή η μέθοδος είναι μια χημική αντίδραση που πραγματοποιείται υπό την επίδραση του φωτός. Απαιτεί μόρια να απορροφούν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συγκεκριμένου μήκους κύματος και διεγείρονται για να παράγουν μοριακή διεγερμένη κατάσταση και στη συνέχεια να μεταβούν χημικά σε άλλη σταθερή κατάσταση ή να γίνουν ένα ενδιάμεσο προϊόν που ξεκινά μια θερμική αντίδραση. Το αποτέλεσμα της αποσύνθεσης της απλής υπεριώδους ακτινοβολίας είναι ασθενές. Εισάγοντας μια κατάλληλη ποσότητα οξειδωτικών (όπως H2O2, O3, κ.λπ.) στη μέθοδο οξείδωσης υπεριώδους φωτός, η επίδραση επεξεργασίας λυμάτων μπορεί να βελτιστοποιηθεί σημαντικά και να επιταχυνθεί ο ρυθμός αποικοδόμησης. Υπάρχουν δύο τρόποι φωτοαποικοδόμησης της οργανικής ύλης: η άμεση φωτοαποικοδόμηση και η έμμεση φωτοαποικοδόμηση. Το πρώτο αναφέρεται στην άμεση αντίδραση μορίων οργανικής ύλης με ουσίες στο περιβάλλον περιβάλλον μετά την απορρόφηση της ενέργειας του φωτός. Το τελευταίο αναφέρεται σε ορισμένες ουσίες που υπάρχουν στο οργανικό περιβάλλον. Η διαδικασία απορρόφησης της φωτεινής ενέργειας σε διεγερμένη κατάσταση και στη συνέχεια επαγωγής της αντίδρασης οργανικής ύλης και ρύπων. Μεταξύ αυτών, η έμμεση αποικοδόμηση του φωτός της οργανικής ύλης είναι πιο σημαντική.
Το εύρος μήκους κύματος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη μέθοδο φωτοχημικής οξείδωσης είναι 200nm ~ 700nm, δηλαδή το εύρος υπεριώδους και ορατού φωτός. Η φωτοχημική οξείδωση έχει εφαρμογές στον έλεγχο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και στην επεξεργασία λυμάτων. Μπορεί να χωριστεί σε UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton και άλλα συστήματα σύμφωνα με τους τύπους οξειδωτικών. Ανεξάρτητα από το σύστημα, οι φωτοχημικές αντιδράσεις γενικά υποβαθμίζουν τα οργανικά παράγοντας ρίζες υδροξυλίου.
Για παράδειγμα, στο σύστημα UV/O3, το όζον υγρής φάσης θα αποσυντεθεί για να παράγει ρίζες υδροξυλίου υπό υπεριώδη ακτινοβολία και ο ρυθμός απορρόφησης υπεριώδους ακτινοβολίας φτάνει το μέγιστο στα 253,7nm, που μπορεί να οξειδώσει την περισσότερη οργανική ύλη σε CO2 και νερό και χρησιμοποιείται για την επεξεργασία σιδήρου στα βιομηχανικά λύματα. Κυανικά, οργανικές ενώσεις, οξέα με βάση το άζωτο, αλκοόλες, φυτοφάρμακα, οργανικές ενώσεις που περιέχουν άζωτο, θείο ή φώσφορο και χλωριωμένα οργανικά και άλλους ρύπους.
▶Φωτοκαταλυτική οξείδωση
Σε αυτή τη μέθοδο, ένας φωτοκαταλύτης (που ονομάζεται επίσης φωτοκαταλύτης) παράγει καταλυτικό αποτέλεσμα υπό την ακτινοβολία μιας πηγής φωτός συγκεκριμένου μήκους κύματος, έτσι ώστε τα γύρω μόρια του νερού και το οξυγόνο να διεγείρονται για να σχηματίσουν εξαιρετικά ενεργά · ελεύθερα ιόντων OH και O2. ομάδες. Η τεχνολογία φωτοκαταλυτικής οξείδωσης χρησιμοποιεί καταλύτες όπως TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 και Fe3O4.
Το TiO2 είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος καταλύτης. Στη φωτοκαταλυτική αντίδραση, η φωτοκαταλυτική δραστηριότητα του TiO2 επηρεάζεται κυρίως από την κρυσταλλική φάση, το μέγεθος των κόκκων και την ειδική επιφάνεια. Όταν προσδιορίζεται η κρυσταλλική φάση, το μέγεθος των κόκκων του κρυστάλλου και η ειδική επιφάνεια γίνονται σημαντικοί παράγοντες στη φωτοκατάλυση του TiO2. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων, τόσο μικρότερος είναι ο χρόνος διάχυσης των φωτοπαραγόμενων ηλεκτρονίων και οπών και όσο μεγαλύτερη είναι η συγκεκριμένη επιφάνεια, τόσο πιο αποτελεσματική είναι η απορρόφηση της ρύπανσης στο νερό. Η ουσία για τη βελτίωση της φωτοκαταλυτικής απόδοσης. Όταν το μέγεθος των σωματιδίων του καταλύτη φτάσει στο επίπεδο των νανομέτρων, μπορεί επίσης να παράγει ένα κβαντικό αποτέλεσμα για τη βελτίωση του ρυθμού απορρόφησης του φωτός και του ρυθμού αξιοποίησης, που αποτελεί σημαντική κατεύθυνση της τρέχουσας έρευνας καταλύτη.
Η φωτοκαταλυτική οξείδωση έχει τα χαρακτηριστικά της μη τοξικότητας και τις απλές συνθήκες λειτουργίας. Το υπεριώδες φως, το προσομοιωμένο ηλιακό φως και το φως του ήλιου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγές φωτός και οι φυσικές συνθήκες (όπως ο αέρας) μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καταλυτικοί υποκινητές. Έχει υψηλή δραστηριότητα, καλή σταθερότητα και μπορεί να κάνει οργανικούς. Οι ρύποι είναι τελείως υποβαθμισμένοι και δεν υπάρχει δευτερογενής ρύπανση. Τα τελευταία χρόνια, προκειμένου να αξιοποιηθεί πλήρως το φυσικό φως για να υποβαθμιστούν διάφοροι ρύποι, οι άνθρωποι έχουν κάνει πολλή δουλειά στη βελτίωση της καταλυτικής δραστηριότητας και στην επέκταση του εύρους μήκους κύματος του φωτός διέγερσης, το οποίο είναι επίσης γνωστό ως επιφανειακή τροποποίηση καταλυτών. Το μεταβατικό ντόπινγκ TiO2 μπορεί να σχηματίσει νέα τροποποιημένα επίπεδα ενέργειας εναποθέτοντας πολύτιμα μέταλλα, διευρύνοντας έτσι το εύρος της φωτοαπόκρισης. Οι θεραπείες τροποποίησης όπως η φωτοευαισθητοποίηση μπορούν να βελτιώσουν την φωτοκαταλυτική απόδοση.
Τα πεδία εφαρμογής της φωτοκαταλυτικής οξείδωσης περιλαμβάνουν κυρίως την επεξεργασία λυμάτων χρωστικών, οργανικών λυμάτων υψηλής συγκέντρωσης και την απομάκρυνση μικρο-ρυπογόνων που είναι δύσκολο να υποβαθμιστούν στο προχωρημένο στάδιο επεξεργασίας του πόσιμου νερού. Υπό κανονικές συνθήκες, η φωτοκαταλυτική οξείδωση TiO2 μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο στην περιοχή μήκους κύματος υπεριώδους φωτός, γεγονός που περιορίζει τη δημοτικότητα και την εφαρμογή της φωτοκαταλυτικής τεχνολογίας. Επιπλέον, η ανάπτυξη αντιδραστήρων φωτοκαταλυτικής οξείδωσης είναι ακόμη ανώριμη και είναι δύσκολο να επιτευχθεί επεξεργασία μεγάλης κλίμακας.
▶Υγρή οξείδωση
Αυτή η μέθοδος είναι μια προηγμένη μέθοδος οξείδωσης που χρησιμοποιεί οξειδωτικά για να οξειδώσει οργανική ύλη στα λύματα σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό υπό υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση, απομακρύνοντας έτσι τους ρύπους. Η μέθοδος έχει τα χαρακτηριστικά ενός μεγάλου εύρους εφαρμογών, υψηλής απόδοσης επεξεργασίας, λίγων δευτερογενών ρύπων, γρήγορου ρυθμού οξείδωσης και ανακτήσιμης ενέργειας και χρήσιμων υλικών. Στην Ιαπωνία και τις Ηνωμένες Πολιτείες, αυτός ο τύπος μεθόδου έχει εφαρμοστεί στη μηχανική, είναι τεχνολογία αιχμής και έχει ευρείες προοπτικές ανάπτυξης. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει επίσης ένα πρόβλημα, δηλαδή η υγρή οξείδωση απαιτείται γενικά για να πραγματοποιηθεί υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης. Το ενδιάμεσο προϊόν είναι συχνά οργανικό οξύ, το οποίο απαιτεί υλικά υψηλού εξοπλισμού, ακριβούς καταλύτες και είναι κατάλληλο μόνο για λύματα μικρής ροής και υψηλής συγκέντρωσης ...
Οι μέθοδοι υγρής οξείδωσης περιλαμβάνουν δύο τύπους: υποκρίσιμη οξείδωση του νερού και υπερκρίσιμη οξείδωση του νερού. Η υπερκρίσιμη τεχνολογία οξείδωσης του νερού αναφέρεται σε μια νέα και υψηλής απόδοσης τεχνολογία επεξεργασίας αποβλήτων στην οποία το νερό οξειδώνεται για την επεξεργασία οργανικών ρύπων υπό υπερκρίσιμες συνθήκες. Κάτω από μια ορισμένη θερμοκρασία και πίεση, σχεδόν όλη η οργανική ύλη μπορεί να οξειδωθεί πλήρως και να αποσυντεθεί σε σύντομο χρονικό διάστημα, γεγονός που μειώνει σημαντικά τον χρόνο επεξεργασίας των λυμάτων. Η συσκευή επεξεργασίας είναι πλήρως κλειστή, η οποία εξοικονομεί χώρο και δεν έχει δευτερογενή ρύπανση.
Στο υπερκρίσιμο νερό, η διαλυτότητα του αλατιού μειώνεται σημαντικά, ενώ η διαλυτότητα των οργανικών ουσιών αυξάνεται σημαντικά. Για παράδειγμα, το βενζόλιο, το εξάνιο, το Ν2, το Ο2, κ.λπ. μπορεί να είναι πλήρως αναμίξιμο με νερό, προκαλώντας αλλαγές στην πυκνότητα, το ιξώδες και τον συντελεστή διάχυσης. Ο συντελεστής διάχυσης μειώνεται με την αύξηση της πυκνότητας. Επειδή η τεχνολογία υγρής οξείδωσης χρησιμοποιεί υψηλότερη θερμοκρασία και πίεση, η πυκνότητα του νερού μειώνεται, ο συντελεστής διάχυσης γίνεται μεγαλύτερος και η ταχύτητα μεταφοράς μάζας αυξάνεται κατακόρυφα.
Τα πεδία εφαρμογής υγρής οξείδωσης περιλαμβάνουν κυρίως επεξεργασία λυμάτων με φυτοφάρμακα, επεξεργασία λυμάτων με φαινόλες, εκτύπωση και βαφή λυμάτων και επεξεργασία ιλύος κ.λπ. Με τη βοήθεια βιοχημικής επεξεργασίας, μπορεί να επιτευχθεί η απόρριψη λυμάτων.
Η προηγμένη τεχνολογία οξείδωσης μπορεί να μεταλλοποιήσει οργανικούς ρύπους σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Είναι μια φιλική προς το περιβάλλον διαδικασία, αλλά το υψηλό κόστος επεξεργασίας κατά την υποβάθμιση των ρύπων είναι" συμφόρηση" περιορίζοντας την προώθησή του. Στην προηγμένη τεχνολογία οξείδωσης της Κίνας', εκτός από μερικές όπως η μέθοδος Fenton και η τεχνολογία οξείδωσης του όζοντος που έχει εφαρμοστεί στην πραγματική επεξεργασία νερού, τα υπόλοιπα βρίσκονται ως επί το πλείστον σε εργαστηριακή έρευνα ή στάδιο δοκιμών μικρής κλίμακας. Μόνο με την επίλυση των μειονεκτημάτων του υψηλού κόστους επένδυσης και επεξεργασίας της προηγμένης τεχνολογίας οξείδωσης, της σοβαρής διάβρωσης του εξοπλισμού και μιας μικρής ποσότητας επεξεργασμένου νερού, μπορεί να επιταχυνθεί η εφαρμογή του στην πραγματική βιομηχανία. Η κατεύθυνση ανάπτυξης της προηγμένης τεχνολογίας οξείδωσης μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:
Το ένα είναι ότι ορισμένες τεχνολογίες όπως η τεχνολογία φωτοκαταλυτικής οξείδωσης και η τεχνολογία οξείδωσης του όζοντος μπορούν να βελτιώσουν τη βιοδιασπασιμότητα των λυμάτων, αλλά είναι δύσκολη και δαπανηρή η επεξεργασία των λυμάτων κοκ χωριστά. Μπορεί να συνδυαστεί με βιοχημική τεχνολογία για τη μείωση της βιολογικής τοξικότητας των λυμάτων κοκ και βελτίωση της βιοδιασπασιμότητας. , Και στη συνέχεια χρησιμοποιήστε βιοχημικές μεθόδους χαμηλής κατανάλωσης και υψηλής απόδοσης για θεραπεία.
Δεύτερον, τεχνολογίες όπως η υγρή καταλυτική οξείδωση και η υπερκρίσιμη οξείδωση του νερού έχουν υψηλές απαιτήσεις εξοπλισμού και υψηλό κόστος επεξεργασίας. Μπορεί να πραγματοποιηθεί ειδική έρευνα και ανάπτυξη για υλικά αντιδραστήρων και καταλύτες χαμηλού κόστους. Κατά την επεξεργασία λυμάτων κοκ, τα δύσκολα προς επεξεργασία λύματα, όπως η αμμωνία, δεν πρέπει να αναμιγνύονται με άλλα λύματα, να αυξάνουν την ποσότητα των λυμάτων και στη συνέχεια να χρησιμοποιούν τα προαναφερθέντα προηγμένα οξειδωτικά για επεξεργασία.
Ο τρίτος είναι ο σχεδιασμός ενός αντιδραστήρα με απλή δομή, υψηλή απόδοση, φυσικό φως και μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία, βελτίωση της αποτελεσματικότητας επεξεργασίας της τεχνολογίας φωτοχημικής οξείδωσης και φωτοκαταλυτικής οξείδωσης και συνδυασμός του με πήξη, προσρόφηση και άλλες τεχνολογίες.