氧化处理技术在工业废水预处理中的应用与发展

2024-06-18  来自: 山东环科环保科技有限公司 浏览次数:38

  氧化处理技术,作为物化处理技术中的佼佼者,凭借其处理能力和对有毒污染物深度破坏的特性,已在有毒难降解工业废水的预处理工艺中占据一席之地,成为水处理技术研究的新热点。该技术家族包括化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。

  一、化学氧化技术

  化学氧化技术常作为生物处理的前置步骤,主要通过化学氧化剂在催化剂的作用下处理有机废水,提高废水的可生化性或直接氧化降解有机物至稳定状态。

  1.芬顿氧化法

  源于19世纪90年代中期,由H.J.Fenton提出,利用Fe²⁺催化H₂O₂产生羟基自由基进行氧化。近年来,通过引入UV、草酸盐等强化手段,芬顿法的氧化能力得到显著提升。

  2.类芬顿氧化法

  利用除Fe(Ⅱ)外的其他催化剂(如Fe(Ⅲ)、Mn²⁺等)代替或加速Fe(Ⅱ)催化H₂O₂产生羟基自由基。通过改变催化剂类型或添加络合剂等方式,提高氧化效率。

  3.臭氧氧化法

  利用臭氧的高氧化还原电位氧化废水中的有机物,但通常需与其他技术联用以达到效果。

  二、电化学催化氧化法

  电化学催化氧化法凭借其广泛的应用范围、高降解效率和操作简便性,在处理难降解废水方面展现出巨大潜力。尤其是在高浓度、难降解、有毒有害的含酚废水中,其作为深度处理技术的效果尤为显著。

  三、湿式氧化技术

  湿式氧化技术通过高温高压条件下通入空气氧化废水中的有机物,分为湿式空气氧化和湿式空气催化氧化两类。

  1.湿式空气催化氧化法

  湿式空气催化氧化(CWAO)法是对传统湿式氧化技术的革新,其核心在于添加适宜的催化剂,使得氧化反应在更为温和的条件下快速进行。这种方法通过降低反应温度和压力,不仅提高了氧化分解的效率,还加速了反应速率,减少了反应停留时间,从而减轻了设备腐蚀并降低了运行成本。

  CWAO法的关键在于选择高活性且易于回收的催化剂。催化剂通常分为金属盐、氧化物和复合氧化物三类,而根据催化剂在反应体系中的存在形式,又可进一步细分为均相湿式催化氧化法和非均相湿式催化氧化法。

  在均相湿式催化氧化法中,催化剂多为可溶性的过渡金属盐类,它们以离子形式存在于废水中,通过引发氧化剂的自由基反应并持续再生,对水中有机物的氧化起催化作用。由于催化剂在分子或离子水平上独立作用,其分子活性高,氧化效果好。然而,催化剂难以从废水中回收和再利用,易造成二次污染。

  非均相湿式催化氧化法则采用不溶性的固体催化剂,催化作用发生在催化剂表面。催化剂的比表面积对有机物的降解速率有显著影响。由于固体催化剂不溶解、不流失,且易于活化、再生和回收,因此非均相湿式催化氧化法具有广阔的应用前景。

  四、超临界水氧化技术

  超临界水氧化技术是对湿式氧化技术的进一步强化和改进,由美国MODAR公司于1982年成功开发。该技术利用超临界水作为介质来氧化分解有机物。在超临界状态下,水的介电常数显著降低,使得气体和有机物能完全溶于水中,形成均相氧化体系,从而消除了相际传质阻力,提高了反应速率和氧化程度。

  超临界水氧化技术反应迅速、氧化效果好,能够将有机碳和氢完全转化为CO2和H2O。然而,如何通过催化剂降低反应温度和压力或缩短反应停留时间是该领域的研究热点。目前常用的催化剂多适用于湿式催化氧化工艺,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的难点。

  五、光催化氧化技术

  光催化氧化技术是在光化学氧化技术基础上发展起来的。它利用光激发催化剂产生电子-空穴对,进而引发一系列氧化还原反应,使有机污染物降解。TiO2作为常用的光催化剂,因其化学稳定性高、价廉而备受关注。光催化氧化技术具有设备结构简单、反应条件温和、操作易控、氧化能力强且无二次污染等优点,是一项具有广泛应用前景的新型水处理技术。

  六、超声波氧化法

  超声波氧化技术利用超声波产生的空化效应,在液体中形成局部高温高压环境,并产生强冲击微射流,从而引发强烈的物理化学反应,使有机污染物降解。超声波氧化法通常在常温下进行,对设备要求低,是一种绿色的废水处理技术。超声波氧化技术的设备主要包括磁电式或压电式超声波换能器,如辐射板式超声波仪、探头式以及NAP反应器等。

氧化处理技术在工业废水预处理中的应用与发展