Sparčiai vystantis geležies ir plieno pramonei, susidarė daug sunkiai valomų pramoninių nuotekų, ypač koksavimo nuotekų, kuriose yra daug toksiškų, kenksmingų ir sunkiai skaidomų didelės koncentracijos organinių medžiagų. Jis pasižymi sudėtinga sudėtimi ir dideliais vandens kokybės ir tūrio pokyčiais. Koksavimo nuotekų valymas vis labiau kelia susirūpinimą žmonėms. Atkreipkite dėmesį į. Šiuo metu koksavimo nuotekų valymas daugiausia atliekamas naudojant tradicinius biologinio valymo metodus, flokuliacijos ir krešėjimo metodus bei adsorbcijos metodus. Koksavimo nuotekos yra mažai biologiškai skaidžios ir prieš biocheminį apdorojimą jas reikia daug atskiesti. Be to, kai tuo pačiu metu sunku atitikti biocheminį nuotekų COD (cheminio deguonies poreikį) ir amoniako azoto kiekį, jį reikia toliau apdoroti. Tačiau kai kurios pažangios apdorojimo technologijos turi didelių perdirbimo išlaidų, todėl sunku visiškai suskaidyti kai kurias toksiškas ir kenksmingas medžiagas ir jos yra linkusios į antrinę taršą. Atsižvelgiant į dabartinę koksavimo nuotekų valymo būklę, labai būtina ištirti efektyvias ir aplinkai nekenksmingas valymo technologijas.
Išplėstiniame oksidacijos procese (AOP) naudojami itin aktyvūs hidroksilo radikalai (· OH), susidarantys reakcijos sistemoje, kad užpultų organinių teršalų molekules ir galiausiai oksiduotų organinius teršalus į CO2, H2O ir kitus netoksiškus. Mažos molekulės rūgštis yra žalia, aplinkai nekenksminga medžiaga draugiška ir efektyvi nuotekų valymo technologija. Šiuo metu pažangios oksidacijos technologijos daugiausia apima cheminę oksidaciją, fotocheminę oksidaciją, fotokatalitinę oksidaciją, šlapią katalizinę oksidaciją ir pan.
▶ Cheminė oksidacija
Taikant šį metodą naudojami cheminiai oksidatoriai, kad skystos ar dujinės neorganinės ar organinės medžiagos būtų paverstos šiek tiek nuodingomis ar netoksiškomis medžiagomis arba būtų lengvai atskiriamos. Vandens valymo srityje dažniausiai naudojami oksidantai yra ozonas, vandenilio peroksidas, kalio permanganatas ir panašiai. Fenolio nuotekų valymo procese dažniausiai naudojamas ozonas ir vandenilio peroksidas.
Šiuo metu daugelyje pasaulio šalių ozonas naudojamas dezinfekcijai, ypač Europoje, ozonas naudojamas vandens augalų vandens valymui. Į ozono oksidacijos sistemą įpilkite kietų katalizatorių, tokių kaip aktyvuota anglis su dideliu paviršiaus plotu. Ozonas ir aktyvuota anglis yra naudojami tuo pačiu metu, kad atliktų katalizinį vaidmenį ir gali sugerti mažos molekulės produktus po ozono oksidacijos. Abu kartu padidina OH- tirpale. Jis turi sinergetinį poveikį, kad sukurtų daugiau hidroksilo radikalų.
Vandenilio peroksidas yra stiprus oksidatorius. Jis turi greitą oksidacijos reakciją šarminiame tirpale ir į reakcijos tirpalą nesuteiks priemaišų jonų. Todėl jis gerai naudojamas gydant įvairius organinius ar neorganinius teršalus. Vandenilio peroksidas jau seniai naudojamas COD šalinimui pramoninėse nuotekose. Nors cheminio oksidavimo nuotekoms valyti kaina yra didesnė nei įprastų fizinių ir biologinių metodų, šis metodas turi nepakeičiamą poveikį su kitais valymo metodais, pvz., Toksišku. Išankstinis pavojingų ar biologiškai neskaidžių nuotekų skaidymas, didelės koncentracijos/mažo srauto nuotekų pirminis valymas ir tt Vien tik vandenilio peroksido panaudojimas didelės koncentracijos stabiliems ugniai atspariems junginiams suskaidyti nėra geras. Tai galima pagerinti naudojant pereinamojo metalo druskas. Dažniausiai naudojamas aktyvuoti geležies druskas.
▶ Fentono' reagento metodas.
„Fenton“ reagentas, kurį sudaro tirpi geležies druska ir tam tikru santykiu sumaišytas vandenilio peroksidas, gali oksiduoti daugelį organinių molekulių, o sistemai nereikia aukštos temperatūros ir aukšto slėgio. Fe2+ reagente gali inicijuoti ir skatinti vandenilio peroksido skilimą, taip sukurdamas hidroksilo radikalus. Kai kurias toksiškas ir kenksmingas medžiagas, tokias kaip fenolis, chlorfenolis, chlorbenzenas ir nitrofenolis, taip pat gali oksiduoti Fentono reagentas ir į Fentoną panašus reagentas.
Vandenilio peroksido ir ozono derinys bei vandenilio peroksido ir ultravioletinių spindulių derinys vadinamas Fenton tipo technologija, ir jos principas iš esmės yra toks pat kaip Fenton technologijos.
▶Fotocheminė oksidacija
Šis metodas yra cheminė reakcija, atliekama veikiant šviesai. Tam reikia, kad molekulės sugertų tam tikro bangos ilgio elektromagnetinę spinduliuotę ir būtų sužadintos, kad susidarytų molekulinė sužadinta būsena, o po to chemiškai pasikeistų į kitą stabilią būseną arba taptų tarpiniu produktu, kuris inicijuoja šiluminę reakciją. Paprastos ultravioletinės spinduliuotės skilimo poveikis yra silpnas. Į ultravioletinių spindulių oksidacijos metodą įvedus reikiamą kiekį oksidatorių (pvz., H2O2, O3 ir kt.), Galima žymiai optimizuoti nuotekų valymo efektą ir pagreitinti skilimo greitį. Yra du organinės medžiagos fotodegradacijos būdai: tiesioginis fotodegradacija ir netiesioginis fotodegradacija. Pirmasis reiškia tiesioginę organinių medžiagų molekulių reakciją su aplinkinėje aplinkoje esančiomis medžiagomis, sugėrus šviesos energiją; pastarasis reiškia tam tikras medžiagas, esančias organinėje aplinkoje. Šviesos energijos sugėrimo į sužadintą būseną procesas, o po to sukelia organinių medžiagų ir teršalų reakciją. Tarp jų svarbesnis netiesioginis organinių medžiagų skaidymas šviesoje.
Fotocheminio oksidacijos metodu naudojamas bangų ilgių diapazonas yra 200–700 nm, tai yra, ultravioletinės ir matomos šviesos diapazonas. Fotocheminė oksidacija naudojama oro taršos kontrolei ir nuotekų valymui. Jis gali būti suskirstytas į UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton ir kitas sistemas pagal oksidatorių tipus. Nepriklausomai nuo sistemos, fotocheminės reakcijos paprastai suskaido organines medžiagas, sukurdamos hidroksilo radikalus.
Pvz., UV/O3 sistemoje skystosios fazės ozonas suskaidys, kad ultravioletinėje spinduliuotėje susidarytų hidroksilo radikalai, o ultravioletinių spindulių absorbcijos greitis pasiekia didžiausią esant 253,7 nm, o tai gali daugumą organinių medžiagų oksiduoti į CO2 ir vandenį ir yra naudojama geležies valymui pramoninėse nuotekose. Cianatas, organiniai junginiai, azoto pagrindu pagamintos rūgštys, alkoholiai, pesticidai, organiniai junginiai, kuriuose yra azoto, sieros ar fosforo, taip pat chloruotos organinės medžiagos ir kiti teršalai.
▶Fotokatalitinė oksidacija
Taikant šį metodą fotokatalizatorius (dar vadinamas fotokatalizatoriumi) sukuria katalizinį efektą, kai apšvitinamas tam tikro bangos ilgio šviesos šaltinis, todėl aplinkinės vandens molekulės ir deguonis sužadinami, kad susidarytų itin aktyvus · OH ir O2 neturintis jonas grupes. Fotokatalitinės oksidacijos technologijoje naudojami tokie katalizatoriai kaip TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 ir Fe3O4.
TiO2 yra dažniausiai naudojamas katalizatorius. Fotokatalitinėje reakcijoje TiO2 fotokatalitinį aktyvumą daugiausia veikia kristalinė fazė, grūdelių dydis ir specifinis paviršiaus plotas. Kai nustatoma kristalinė fazė, kristalų grūdelių dydis ir specifinis paviršiaus plotas tampa svarbiais TiO2 fotokatalizės veiksniais. Kuo mažesnis dalelių dydis, tuo trumpesnis fotogeneruotų elektronų ir skylių difuzijos laikas ir kuo didesnis specifinis paviršiaus plotas, tuo efektyviau sugeria taršą vandenyje. Medžiaga fotokatalitinėms savybėms pagerinti. Kai katalizatoriaus dalelių dydis pasiekia nanometro lygį, jis taip pat gali sukelti kvantinį efektą, kad pagerėtų šviesos absorbcijos greitis ir panaudojimo greitis, o tai yra svarbi dabartinių katalizatoriaus tyrimų kryptis.
Fotokatalitinė oksidacija pasižymi netoksiškumu ir paprastomis eksploatavimo sąlygomis. Ultravioletinė šviesa, imituota saulės šviesa ir saulės šviesa gali būti naudojamos kaip šviesos šaltiniai, o natūralios sąlygos (pvz., Oras) gali būti naudojamos kaip kataliziniai stimuliatoriai. Jis turi didelį aktyvumą, gerą stabilumą ir gali tapti organinis. Teršalai yra visiškai suskaidyti ir nėra antrinės taršos. Pastaraisiais metais, norėdami visiškai išnaudoti natūralią šviesą įvairiems teršalams skaidyti, žmonės daug nuveikė tobulindami katalizinį aktyvumą ir išplėsdami sužadinimo šviesos bangos ilgio diapazoną, kuris taip pat žinomas kaip katalizatorių paviršiaus modifikavimas. Pereinamojo metalo TiO2 dopingas gali sudaryti naujus modifikuotus energijos lygius, nusodindamas tauriuosius metalus, taip išplėsdamas jo fotoreakcijos diapazoną. Modifikavimo procedūros, tokios kaip fotosensibilizacija, gali pagerinti fotokatalitinį veikimą.
Fotokatalitinio oksidacijos taikymo sritys daugiausia apima dažų nuotekų valymą, didelės koncentracijos organines nuotekas ir sunkiai skaidomų mikro teršalų pašalinimą pažengusiame geriamojo vandens valymo etape. Įprastomis sąlygomis TiO2 fotokatalitinė oksidacija gali būti vykdoma tik ultravioletinių spindulių bangų ilgių diapazone, o tai riboja fotokatalitinės technologijos populiarinimą ir taikymą. Be to, fotokatalitinių oksidacijos reaktorių plėtra vis dar nesubrendusi, todėl sunku pasiekti didelio masto apdorojimą.
▶Šlapioji oksidacija
Šis metodas yra pažangus oksidacijos metodas, kurio metu oksidantai oksiduoja nuotekose esančias organines medžiagas į anglies dioksidą ir vandenį esant aukštai temperatūrai ir aukštam slėgiui, taip pašalinant teršalus. Metodas pasižymi plačiu pritaikymo spektru, dideliu apdorojimo efektyvumu, nedideliu antriniu užteršimu, greitu oksidacijos greičiu, atgaunama energija ir naudingomis medžiagomis. Japonijoje ir JAV šis metodas buvo pritaikytas inžinerijoje, yra pažangiausia technologija ir turi plačias plėtros perspektyvas. Tačiau šis metodas taip pat turi problemų, tai yra, šlapią oksidaciją paprastai reikia atlikti esant aukštai temperatūrai ir aukšto slėgio sąlygoms. Tarpinis produktas dažnai yra organinė rūgštis, kuriai reikalingos aukštos įrangos medžiagos, brangūs katalizatoriai ir kuri tinka tik mažo srauto ir didelės koncentracijos nuotekoms ...
Šlapio oksidacijos metodai yra dviejų tipų: subkritinė vandens oksidacija ir superkritinė vandens oksidacija. Superkritinė vandens oksidacijos technologija reiškia naują ir didelio efektyvumo atliekų apdorojimo technologiją, kurios metu vanduo oksiduojamas, kad būtų apdoroti organiniai teršalai superkritinėmis sąlygomis. Esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui, beveik visos organinės medžiagos gali būti visiškai oksiduotos ir per trumpą laiką suskaidomos, o tai labai sutrumpina nuotekų valymo laiką. Apdorojimo įrenginys yra visiškai uždaras, todėl sutaupoma vietos ir nėra antrinės taršos.
Superkritiniame vandenyje druskos tirpumas žymiai sumažėja, o organinių medžiagų tirpumas žymiai padidėja. Pavyzdžiui, benzenas, heksanas, N2, O2 ir kt. Gali būti visiškai maišomi su vandeniu, dėl to pasikeičia tankis, klampumas ir difuzijos koeficientas. Didėjant tankiui, difuzijos koeficientas mažėja. Kadangi šlapio oksidacijos technologija naudoja aukštesnę temperatūrą ir slėgį, vandens tankis mažėja, difuzijos koeficientas tampa didesnis, o masės perdavimo greitis smarkiai padidėja.
Drėgno oksidacijos taikymo sritys daugiausia apima nuotekų valymą pesticidais, nuotekų valymą fenoliu, nuotekų spausdinimą ir dažymą bei dumblo valymą ir tt Naudojant biocheminį valymą, galima išleisti nuotekas.
Išplėstinė oksidacijos technologija gali mineralizuoti organinius teršalus į anglies dioksidą ir vandenį. Tai aplinkai nekenksmingas procesas, tačiau didelės apdorojimo išlaidos skaidant teršalus yra &, „kliūtis &“; ribojant jos reklamą. Kinijos' pažangioji oksidacijos technologija, išskyrus keletą, pavyzdžiui, „Fenton“ metodą ir ozono oksidacijos technologiją, kuri buvo taikoma faktiniam vandens valymui, likusi dalis dažniausiai atliekama laboratoriniuose tyrimuose arba nedidelio masto bandymų etape. Tik išsprendus didelių investicijų ir pažangios oksidacijos technologijos valymo sąnaudų, rimtos įrangos korozijos ir nedidelio apdoroto vandens trūkumus, galima paspartinti jos taikymą faktinėje pramonėje. Pažangios oksidacijos technologijos kūrimo kryptį galima apibendrinti taip:
Viena yra tai, kad kai kurios technologijos, tokios kaip fotokatalitinio oksidacijos technologija ir ozono oksidacijos technologija, gali pagerinti nuotekų biologinį skaidomumą, tačiau koksavimo nuotekas atskirai valyti sunku ir brangu. Jis gali būti derinamas su biocheminėmis technologijomis, siekiant sumažinti kokso nuotekų biologinį toksiškumą ir pagerinti biologinį skaidomumą. , Tada gydymui naudokite mažai sunaudojančius ir didelio efektyvumo biocheminius metodus.
Antra, tokios technologijos kaip šlapioji katalizinė oksidacija ir superkritinis vandens oksidavimas turi aukštus įrangos reikalavimus ir dideles apdorojimo išlaidas. Galima atlikti specialius tyrimus ir plėtrą, susijusią su reaktorių medžiagomis ir pigiais katalizatoriais. Valant koksavimo nuotekas, sunkiai valomos nuotekos, pvz., Likęs amoniakas, neturėtų būti maišomos su kitomis nuotekomis, padidinamas nuotekų kiekis, o po to valymui naudojami aukščiau paminėti pažangūs oksidantai.
Trečiasis-suprojektuoti paprastos struktūros, didelio efektyvumo, natūralios šviesos ir ilgalaikio stabilaus veikimo reaktorių, pagerinti fotocheminio oksidacijos ir fotokatalitinio oksidacijos technologijos apdorojimo efektyvumą ir derinti jį su krešėjimo, adsorbcijos ir kitomis technologijomis.