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简述难降解工业废水处理方法及前景

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2015/12/2     浏览次数:    

随着我国工业的飞速发展,难降解工业废水的排放量剧增,由此而带来的水质污染已成为我国环境污染的一个主要问题。难降解工业废水主要包括焦化、染料、农药等工业废水,其特点是成分复杂,COD、色度、盐分和有毒难降解物质含量高。治理这类工业废水的方法主要有物理法、化学法、物理化学法(简称物化法)、生物法及其相互之间的组合技术等。针对难降解工业废水的治理,首先采用高级氧化技术将难降解物质进行氧化,转化为低毒、易生物降解的低分子有机物,而后采用生物处理技术将其矿化。这种基于高级氧化、生物处理等多过程集成的对难降解工业废水进行处理的高级氧化-生物耦合技术,必将成为今后工业废水处理的发展趋势。

高级氧化技术高级氧化技术(简称AOT)又称深度氧化技术,其基础在于运用电、光辐照、催化剂,有时还与氧化剂结合,在反应中产生活性极强的自由基(如OH),再通过自由基与有机化合物间的加合、取代、电子转移、断键等,使废水中难降解的大分子有机物氧化降解成为低毒或者无毒的小分子物质,甚至直接降解成为C02和H20,接近完全矿化。高级氧化处理技术作为物化处理技术之一,具有处理效率高、对有毒污染物破坏较彻底等优点而被广泛应用于有毒难降解工业废水的预处理工艺中,已经逐渐成为水处理技术研究的热点。

目前用于有毒难降解工业废水处理的高级氧化技术主要包括光化学催化氧化法、电催化氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法及液相高压脉冲放电处理法等。

(1)光化学催化氧化法。光化学催化氧化法是近20多年来发展迅速的一种高级氧化技术,其反应条件温和、氧化能力强、适用范围广,利用该法处理有毒难降解有机污染物已成为国内外水处理技术研究的热点,目前研究较多的是多相光催化氧化法和均相光催化氧化法。多相光催化氧化法主要是指用半导体通过光催化作用氧化降解有机物,该法虽已有小规模工程应用实例,但其运行费用较高,适用于低浓度、少量废水的处理或废水的深度处理,其大规模工业化应用还面临许多问题。与多相光催化氧化法相比,加入03、H202、Fenton试剂等氧化剂与光一起作用的均相光催化氧化法,其氧化能力和光解速率都大大超过单纯的半导体光催化氧化法,是一种十分简便的废水处理技术,日益受到环保工作者的重视。目前的均相光催化氧化法主要是指UV/Fenton试剂法。光化学催化氧化技术具有设备简单、操作方便、高效、无二次污染或污染等优点,在有毒难降解有机废水的处理中极具应用潜力。目前其实际应用面临的主要问题是运行费用高、处理量小。若把光催化氧化技术作为预处理或后处理方法与其他方法结合,则可产生经济、高效的联用技术。此外,太阳光代替紫外光也是该领域研究的另一热点。

(2)电催化氧化法。电催化高级氧化(AEOP)法是最近发展起来的处理有毒难生物降解污染物的新型有效技术,在常温常压下,通过有催化活性的电极反应直接或间接产生羟基自由基,从而使难生物降解的有机物转化为可生物降解的有机物,或使难生物降解的有机物"燃烧"而生成C02和H20。该方法因具有处理效率高、操作简便、与环境兼容等优点引起了研究者的广泛注意。但长期以来,受电极材料的限制,该工艺降解有机物的电流效率低、能耗高,难以实现工业化。目前,国内外研究的重点是探索催化活性高、综合性能好的电极材料。

(3)湿式氧化法。湿式氧化又称湿式燃烧,是处理有毒难降解工业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人空气,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法。湿式空气氧化(WAO)法主要用于处理浓度对燃烧处理来说太低、对生物降解处理来说又太高、或具有较大毒性的废水。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而受到限制。湿式空气催化氧化(CWAO)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在更温和的条件下和更短的时间内完成,CWAO的催化剂一般为金属盐、单一氧化物和复合氧化物。湿式空气催化氧化法降低了反应温度和压力,提高了反应分解能力,加快了反应速率,缩短了停留时间,也可以减轻设备腐蚀和降低运行费用。

(4)超临界水氧化法。目前,超临界水氧化法(SCWO)已经得到越来越广泛的研究,一些发达国家如美国、日本和德国等已经建立了中试或工业装置并投入运行使用。我国目前对该技术的研究尚处于起步阶段,只有清华大学和浙江大学等几所高校开展过相关研究。超临界水氧化法的主要原理是利用超临界水作为介质来氧化分解有机物,其作为一种高级氧化处理技术,具有反应速度快、处理效率高、对难分解有机物的处理具有独特的效果、并且不产生二次污染等优点。但它也存在一定问题,由于该技术属于高温高压技术,因此对设备性能要求高、投资大,易产生一些问题,如高浓度溶解氧和废水对金属的腐蚀,由于反应后无机产物的溶解度很小而造成盐的沉淀,从而导致反应器或管路堵塞等。

(5)液相高压脉冲放电处理法。总体来说,这些单一的高级氧化技术对有毒难降解工业废水的处理有着一般氧化技术无法比拟的优势,但是这些技术均不同程度地存在着诸如反应条件苛刻、选择性差或成本高等不足,从而限制了这些方法在废水实际处理中的应用。为了克服单一高级氧化技术存在的不足,将多种高级氧化技术联合应用,在联合应用中这些技术产生协同效应,目前还处于探索研究阶段。液相高压脉冲放电处理技术集合了高能电子辐射、湿式氧化、化学氧化、光催化氧化等多种高级氧化技术特点于一体,系统不需外加氧化剂,而是利用液电电火花产生的臭氧、双氧水和紫外光作为氧化剂(UV/03/H202光化学氧化),同时反应体系也无需辅以高温、高压和外加光源辐射等技术手段,是一种全新概念的难降解有毒工业废水处理新技术。目前该技术的研究仅局限于反应工艺条件等的初步研究,而对于脉冲电源的放电形式及其强化措施、液电反应器结构、反应机理及动力学等方面均有待做进一步深入研究。

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