高级氧化技术在焦化废水处理中的应用研究 2页

ECO-ENVIRONMENT生态环境高级氧化技术在焦化废水处理中的应用研究华北水利水电学院环境与市政工程学院尚重阳李凯慧李文亮焦化废水属有毒有害高浓度有机废水,用传统方法Fenton试剂在处理一些难降解有机物(如苯酚类、处理难度很大,在有效降解此类废水方面,高级氧化法苯胺类)方面显示出一定的优越性,国内外利用此法处技术获得巨大进展,已成为研究的热点,并且在国外已理各类废水已有较多的研究。王春敏[1]等人在反应温度成功的应用于部分工业水处理行业。本文主要就发展前为30℃,pH=3.0,一次性投加H2O2158mmol/L时,控制n景广阔的几种高级氧化技术的原理、主要特点和其在焦[Fe2+]/n[HO]=1:1022,Fenton法氧化降解处理焦化废水达化废水处理中的应用分别加以评述,为焦化废水治理工到最佳处理效果,COD去除率能够达到89.9%。艺选择提供借鉴和参考。Fenton类氧化技术具有设备简单、反应条件温和、一、Fenton试剂法操作方便、高效等优点,在处理焦化废水等有毒有害难1894年HJHFenton发现采用二价铁和过氧化生物降解有机废水中极有应用潜力,但是该方法处理费氢处理各种复杂的和简单的有机化合物都能被氧化,其用高,只适用于低浓度、少量废水的处理。实质是二价铁离子(Fe2+)和HO之间的链式反应催化二、湿式氧化技术22生成·OH。湿式氧化技术是目前研究最为活跃、并已在工业化三价铁离子(Fe3+)催化剂称为Fenton类试剂也能中较为成熟的一种高级氧化技术,其基本原理是在高温激发这个反应。上述系列反应中,·OH与有机物RH反高压的条件下通入空气,使废水中的有机污染物被氧应生成游离基R·,R·进一步氧化生成CO2和HO2,从而化。湿式氧化技术所发生反应为自由基反应。按处理过使废水的COD大大降低,并可破坏发色基团。程有无催化剂可将其分为湿式空气氧化(WAO)和湿氧的增加也有利于电极上发生的加成和取代反应。废水、化工制药废水及制革废水等,可见其适应范围是非樊金红[6]等对催化铁内电解法处理硝基苯废水的机常广泛的。能否处理其他难降解废水仍需作进一步研究。理进行了研究,结果表明,降解过程符合准一级动力学参考文献:规律进水浓度,硝基苯可以在铜电极上直接得电子还[1]黄理辉,马鲁铭,王红武,催化铁内电解法对胞外聚合物原,该反应在强酸和弱碱性条件下效果较好反应速率常形成的影响[J],中国环境科学,2005,25(6):660-663[1]刘剑平,周荣丰,高廷耀,酸性橙II废水催化铁内电解法数随进水浓度的增大而减小。当温度升到45℃以上时,脱色研究[J],化工环保,2004(6):391-393升温可以显著改善处理效果。[2]周荣丰,肖华,卢亮,马鲁铭等,催化铁内电解一生化法处3.化工制药废水。化工制药废水因含有难降解和对理印染废水[J],环境科学研究,2005,2(2):74-77生物有抑制性的物质,一般色度深、污染物浓度高、毒性[3]周荣丰,刘剑平,高廷耀,向阳等,催化铁内电解法脱色降大,很难直接进行生物处理。解酸性大红GR废水[J],工业水处理,2005,25(8):33-36.叶张荣[7]等研究了曝气催化铁内电解法预处理混合[4]黄理辉,马鲁铭,毕学军,张波,催化铁内电解法处理印染化工废水。结果表明,废水中的有机物及正磷酸盐在两废水试验[J],水处理技术,2006,32(4):56-58.周的稳定运行中平均去除率分别达到52%和70%。废[5]徐文英,樊金红,高廷耀,硝基苯类物质在铜电极上的电还水经预处理后pH平均上升了0.5。原特性及pH的影响[J],环境科学,2005,3(2):102-107.三、结语[6]樊金红,徐文英,高廷耀,催化铁内电解法处理硝基苯废催化铁内电解法是一种全新的污水处理技术。但是水的机理与动力学研究[J],环境污染治理技术与设各,催化铁内电解法的应用多还处于实验和中试阶段,加快2005,11(11):5-9.其工程的实际应用是今后的重点。迄今为止,文献报道的[7]叶张荣,马鲁铭,曝气催化铁内电解法预处理混合化工废催化铁内电解法可处理的废水包括印染废水、含硝基苯水[J],化工环保,2004(6):433-435.河南科技2007.7上67nECO-ENVIRONMENT生态环境式空气催化氧化(CWAO)两类。H2O2热解生成羟基自由基,M可以是均质或非均1.湿式空气氧化。湿式空气氧化法是在高温高压条质介面。件下,利用O2或空气作为氧化剂产生·OH等来降解水H2O2+M→2HO·中有机和无机污染物。H0·几乎能与所有的含氢化合物作用2.湿式空气催化氧化。湿式空气催化氧化法是在湿RH+HO·→R·+H2O式空气氧化法的基础上引入合适的催化剂,同时可降低R·+O2→ROO·反应温度与压力,使反应可以在更为温和的条件下更快ROO·+RH→ROOH+R·地进行。目前应用于湿式氧化的催化剂主要包括过渡金过氧化物不稳定很快分解为小分子化合物,直至生属及其氧化物,复合氧化物和盐类,例如铜系列、贵金属成小分子的甲酸、乙酸等。甲酸、乙酸等小分子有机物经系列、稀土系列等。杜鸿章[2]等研制出适合处理焦化厂蒸过自由基氧化过程最终转化为二氧化碳和水。当废水中氨、脱酚前浓焦化污水的湿式氧化催化剂,该催化剂活的有机物浓度大于2%时,可利用反应放出的热维持过性高,耐酸、碱腐蚀,稳定性高,适用于工业应用,对程的热平衡,从而实现自热反应,节约能源。COD及NH3-N的去除率分别为99.5%及99.9%。五、超声降解法三、光催化氧化法现在,国内外开始研究将超声波应用于水污染控目前,研究最多的半导体材料催化剂是TiO2、ZnO、制,尤其是处理难降解、有毒有机污染物,并已取得了一CdS、WO3、SnO2等。由于TiO2化学稳定性高,耐光腐蚀,紫定的进展。外光、模拟太阳光和日光均可作为光源,而且可以利用自由于超声降解法处理费用较高,目前对该技术研究然条件,如空气作为催化促进物,并且具有较深的价代能较多的是将其与其他高级氧化技术联合使用。例如,将级,可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO2表面得超声降解与Fenton试剂氧化、化学氧化、光催化氧化等到实现和加速,加之TiO对人体无害,所以目前在光催相结合。唐玉斌[5]等利用US/Fenton氧化-混凝法对高浓2化有机污染物领域所采用的光催化剂多为纳米TiO2。度焦化废水进行了预处理,结果显示主要污染指标与Fenton工艺相比,光催化氧化技术可有效降低COD、NH3-N、CN-和色度的去除率分别达75.1%、H2O2的投加量,从而降低处理成本,减少设备的腐蚀。虽53.4%、62.8%和83.1%。张子间用超声波-SBR法处理焦然TiO催化氧化处理污染物大多处于实验室研究阶段,化废水,在声强为9.21W/cm2,处理时间为2.5min时,废2但是其作为一种新型、实用的催化技术正受到越来越多水的BOD/COD由2.0提高到4.5。的关注,刘红等[3]以TiO为催化剂,HO为氧化剂处理焦六、应用前景及应解决的问题222化厂二沉池废水,结果使COD由350.3mg/L降至53.1mg/高级氧化技术其机理就是在反应过程中,利用活性L,COD去除率高达84.8%,处理后的出水无色无味。极强的自由基·OH等氧化废水中的污染物质,相关实四、超临界水氧化法验也表明增加H2O2、O2等的用量、提高超声波发生器的其他几种高级氧化技术在温和条件下很难将有机功率等可以有效提高有机物的降解率,但是随之而来的毒物完全转化为CO2和H2O,而超临界水氧化技术就是设备腐蚀严重、设备一次性投资大、处理成本较高,(supercriticalwateroxidation,简称SCWO)能在很短的因此,在现有技术条件下,单一的高级氧化技术并不适时间内将难降解的、危险的有机物彻底转化为CO2和合全过程处理高浓度焦化废水。多种氧化技术优化联H2O,实现有机有毒污染物的无害化,因此用超临界水用、利用多种方法的协同作用处理焦化废水中的有机污作为反应介质已经受到广泛的关注。染物,发挥各自的优点,可以更进一步的提高处理效率。超临界水氧化法的主要原理是利用超临界水作为参考文献:介质来氧化分解有机物。在超临界水氧化过程中,由于[1]王春敏,步启军,王维军,等.Fenton法处理焦化废水的试超临界水对各种有机物和氧气都是很好的溶剂,有机物验研究[J].辽宁化工,2006,35(3):147～149.的氧化可以在富氧的均一相中进行,反应不会因为相间[2]杜鸿章,房廉清,江义,等.焦化污水催化湿式氧化净化技术[J].工业水处理,1996,16(6):11～13.的转移而受限制;同时较高的反应温度(通常采用的反[3]刘红,刘潘,等.多相光催化氧化处理焦化废水的研究[J].环应温度为400～600℃)也使反应速度加快,可以在短短境科学与技术,2006,29(2):103～105.的几秒钟内对有机物达到很高的破坏效率。SCWO反应[4]张志杰,葛红光,陈开勋.超临界水氧化处理废水研究进展为自由基反应,其链反应机理[4]为:[J].环境污染治理技术与设备,2003,4(2):41～43.RH+O2→R·+HO2·[5]唐玉斌,吕锡武,陈芳艳,等.US/Fenton氧化-混凝法对焦化RH+HO2·→R·+H2O2废水的预处理研究[J].工业水处理,2006,26(6):17～20.68河南科技2007.7上