Dzelzs un tērauda rūpniecības straujā attīstība ir radījusi lielu daudzumu grūti apstrādājamu rūpniecisko notekūdeņu, jo īpaši koksa notekūdeņus, kas satur lielu daudzumu toksisku, kaitīgu un grūti noārdāmu augstas koncentrācijas organisko vielu. Tam ir sarežģīta sastāva īpašības un lielas ūdens kvalitātes un tilpuma izmaiņas. Koksēšanas notekūdeņu attīrīšana arvien vairāk izraisa cilvēku bažas. Pievērs uzmanību. Pašlaik koksēšanas notekūdeņu attīrīšana galvenokārt ir tradicionālās bioloģiskās attīrīšanas metodes, flokulācijas un koagulācijas metodes un adsorbcijas metodes. Koksēšanas notekūdeņiem ir slikta bioloģiskā noārdīšanās spēja, un tie ir jāatšķaida lielā daudzumā pirms bioķīmiskās apstrādes. Turklāt pēc tam, kad bioķīmisko notekūdeņu COD (ķīmiskais skābekļa patēriņš) un amonjaka slāpekļa saturs vienlaikus ir grūti izpildāms, tas ir jāturpina apstrādāt. Tomēr dažām progresīvām apstrādes tehnoloģijām ir augstas apstrādes izmaksas, un ir grūti pilnībā noārdīt dažas toksiskas un kaitīgas vielas, un tās ir pakļautas sekundāram piesārņojumam. Pamatojoties uz koksa notekūdeņu attīrīšanas pašreizējo stāvokli, ir ļoti nepieciešams izpētīt efektīvas un videi draudzīgas attīrīšanas tehnoloģijas.
Uzlabotajā oksidācijas procesā (AOP) tiek izmantoti ārkārtīgi aktīvi hidroksilradikāļi (· OH), kas rodas reakcijas sistēmā, lai uzbruktu organisko piesārņotāju molekulām un galu galā oksidētu organiskos piesārņotājus līdz CO2, H2O un citiem netoksiskiem. Mazā molekula skābe ir zaļa, videi draudzīga draudzīga un efektīva notekūdeņu attīrīšanas tehnoloģija. Pašlaik progresīvās oksidācijas tehnoloģijas galvenokārt ietver ķīmisko oksidāciju, fotoķīmisko oksidāciju, fotokatalītisko oksidāciju, mitro katalītisko oksidāciju utt. Tā kā AOP ir spēcīgas oksidācijas priekšrocības un ērta ekspluatācijas apstākļu kontrole, pēdējos gados tās ir piesaistījušas arvien lielāku uzmanību.
▶ Ķīmiskā oksidēšanās
Šī metode izmanto ķīmiskus oksidētājus, lai šķidras vai gāzveida neorganiskas vai organiskas vielas pārvērstu viegli indīgās vai netoksiskās vielās vai pārvērstu viegli atdalāmās formās. Ūdens apstrādes jomā parasti izmantotie oksidētāji ir ozons, ūdeņraža peroksīds, kālija permanganāts un tamlīdzīgi. Fenola notekūdeņu attīrīšanas procesā visbiežāk tiek izmantots ozons un ūdeņraža peroksīds.
Pašlaik daudzas pasaules valstis ir izmantojušas ozonu dezinfekcijai, it īpaši Eiropā, ozons tiek izmantots ūdens attīrīšanai ūdensaugos. Pievienojiet ozona oksidācijas sistēmai cietus katalizatorus, piemēram, aktīvo ogli ar lielu virsmas laukumu. Ozons un aktivētā ogle tiek izmantoti vienlaicīgi, lai spēlētu katalītisko lomu, un tie var absorbēt mazo molekulu produktus pēc ozona oksidācijas. Abi kopā palielina OH- šķīdumā. Tam ir sinerģisks efekts, lai radītu vairāk hidroksilradikāļu.
Ūdeņraža peroksīds ir spēcīgs oksidētājs. Tam ir ātra oksidēšanās reakcija sārmainā šķīdumā, un tas nesatur reakcijas šķīdumā piemaisījumu jonus. Tāpēc to labi izmanto dažādu organisko vai neorganisko piesārņotāju apstrādē. Ūdeņraža peroksīds jau ilgu laiku tiek izmantots, lai noņemtu ĶSP rūpnieciskajos notekūdeņos. Lai gan ķīmiskās oksidācijas izmantošana notekūdeņu attīrīšanai ir augstāka nekā parastās fizikālās un bioloģiskās metodes, šai metodei ir neaizstājama ietekme ar citām attīrīšanas metodēm, piemēram, toksiskām. Bīstamu vai bioloģiski nenoārdāmu notekūdeņu iepriekšēja sagremošana, augstas koncentrācijas/zemas plūsmas notekūdeņu pirmapstrāde utt. Ietekme, izmantojot ūdeņraža peroksīdu atsevišķi, lai noārdītu augstas koncentrācijas stabilus ugunsizturīgus savienojumus, nav laba. To var uzlabot, izmantojot pārejas metālu sāļus. Visizplatītākā metode ir aktivizēt dzelzs sāļus.
▶ Fentona'. Reaģenta metode.
Fenton reaģents, kas sastāv no šķīstošā dzelzs sāls un ūdeņraža peroksīda, kas sajaukti noteiktā proporcijā, var oksidēt daudzas organiskās molekulas, un sistēmai nav nepieciešama augsta temperatūra un augsts spiediens. Fe2+ reaģentā var ierosināt un veicināt ūdeņraža peroksīda sadalīšanos, tādējādi radot hidroksilradikāļus. Dažas toksiskas un kaitīgas vielas, piemēram, fenolu, hlorfenolu, hlorbenzolu un nitrofenolu, var arī oksidēt ar Fenton' reaģentu un Fenton līdzīgu reaģentu.
Ūdeņraža peroksīda un ozona kombināciju un ūdeņraža peroksīda un ultravioleto staru kombināciju sauc par Fenton līdzīgu tehnoloģiju, un tās princips būtībā ir tāds pats kā Fenton tehnoloģijai.
▶Fotoķīmiskā oksidācija
Šī metode ir ķīmiska reakcija, ko veic gaismas ietekmē. Tam ir vajadzīgas molekulas, lai absorbētu noteikta viļņa garuma elektromagnētisko starojumu, un tās ir satrauktas, lai radītu molekulāri ierosinātu stāvokli, un pēc tam ķīmiski mainās citā stabilā stāvoklī vai kļūst par starpproduktu, kas izraisa termisku reakciju. Vienkāršā ultravioletā starojuma sadalīšanās efekts ir vājš. Ieviešot ultravioletās gaismas oksidācijas metodē atbilstošu daudzumu oksidētāju (piemēram, H2O2, O3 utt.), Var ievērojami optimizēt notekūdeņu attīrīšanas efektu un paātrināt noārdīšanās ātrumu. Ir divi organiskās vielas fotodegradācijas veidi: tieša fotodegradācija un netieša fotodegradācija. Pirmais attiecas uz organisko vielu molekulu tiešu reakciju ar vielām apkārtējā vidē pēc gaismas enerģijas absorbēšanas; pēdējais attiecas uz noteiktām vielām, kas pastāv organiskajā vidē. Gaismas enerģijas absorbcijas process ierosinātā stāvoklī un pēc tam organisko vielu un piesārņotāju reakcijas ierosināšana. Starp tiem svarīgāka ir organisko vielu netieša gaismas noārdīšanās.
Viļņu garuma diapazons, ko var izmantot fotoķīmiskās oksidācijas metodē, ir 200 nm ~ 700 nm, tas ir, ultravioletās gaismas un redzamās gaismas diapazons. Fotoķīmiskajai oksidācijai ir pielietojums gaisa piesārņojuma kontrolē un notekūdeņu attīrīšanā. Atkarībā no oksidētāju veidiem to var iedalīt UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton un citās sistēmās. Neatkarīgi no sistēmas fotoķīmiskās reakcijas parasti degradē organiskos savienojumus, radot hidroksilradikāļus.
Piemēram, UV/O3 sistēmā šķidrā fāze ozons sadalīsies, radot hidroksilradikāļus ultravioletā starojuma ietekmē, un ultravioleto staru absorbcijas ātrums sasniedz maksimumu pie 253,7 nm, kas lielāko daļu organisko vielu var oksidēt CO2 un ūdenī, un to izmanto dzelzs attīrīšanai rūpnieciskajos notekūdeņos. Cianāts, organiskie savienojumi, skābes, kuru pamatā ir slāpeklis, spirti, pesticīdi, organiski savienojumi, kas satur slāpekli, sēru vai fosforu, un hlorētas organiskās vielas un citi piesārņotāji.
▶Fotokatalītiskā oksidācija
Šajā metodē fotokatalizators (saukts arī par fotokatalizatoru) rada katalītisku efektu, apstarojot noteikta viļņa garuma gaismas avotu, lai apkārtējās ūdens molekulas un skābeklis būtu satraukti, veidojot ārkārtīgi aktīvus · OH- un · O2 brīvus jonus grupas. Fotokatalītiskās oksidācijas tehnoloģijā tiek izmantoti tādi katalizatori kā TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 un Fe3O4.
TiO2 ir visbiežāk izmantotais katalizators. Fotokatalītiskajā reakcijā TiO2 fotokatalītisko aktivitāti galvenokārt ietekmē kristāla fāze, graudu izmērs un īpatnējā virsmas platība. Nosakot kristāla fāzi, kristāla graudu izmērs un īpatnējā virsma kļūst par svarīgiem faktoriem TiO2 fotokatalīzē. Jo mazāks ir daļiņu izmērs, jo īsāks ir fotoģenerēto elektronu un caurumu difūzijas laiks, un jo lielāka ir īpatnējā virsma, jo efektīvāk tas absorbē piesārņojumu ūdenī. Viela fotokatalītiskās darbības uzlabošanai. Kad katalizatora daļiņu izmērs sasniedz nanometra līmeni, tas var radīt arī kvantu efektu, lai uzlabotu gaismas absorbcijas ātrumu un izmantošanas ātrumu, kas ir svarīgs pašreizējo katalizatora pētījumu virziens.
Fotokatalītiskajai oksidācijai piemīt netoksicitātes un vienkāršu ekspluatācijas apstākļu īpašības. Ultravioleto gaismu, imitēto saules gaismu un saules gaismu var izmantot kā gaismas avotus, un dabiskos apstākļus (piemēram, gaisu) var izmantot kā katalītiskos veicinātājus. Tam ir augsta aktivitāte, laba stabilitāte un tas var kļūt organisks Piesārņotāji ir pilnībā sadalīti un nav sekundāra piesārņojuma. Pēdējos gados, lai pilnībā izmantotu dabisko gaismu, lai noārdītu dažādus piesārņotājus, cilvēki ir paveikuši daudz darba, lai uzlabotu katalītisko aktivitāti un paplašinātu ierosmes gaismas viļņa garuma diapazonu, ko sauc arī par katalizatoru virsmas modifikāciju. TiO2 pārejas metālu dopings var veidot jaunus modificētus enerģijas līmeņus, noguldot dārgmetālus, tādējādi paplašinot tā fotoreakcijas diapazonu. Modifikācijas procedūras, piemēram, fotosensibilizācija, var uzlabot fotokatalītisko veiktspēju.
Fotokatalītiskās oksidācijas pielietojuma jomas galvenokārt ietver krāsvielu notekūdeņu, augstas koncentrācijas organisko notekūdeņu attīrīšanu un grūti noārdāmu mikro piesārņotāju noņemšanu dzeramā ūdens uzlabotā attīrīšanas stadijā. Normālos apstākļos TiO2 fotokatalītisko oksidāciju var veikt tikai ultravioletās gaismas viļņu garuma diapazonā, kas ierobežo fotokatalītiskās tehnoloģijas popularizēšanu un pielietošanu. Turklāt fotokatalītisko oksidācijas reaktoru izstrāde joprojām ir nenobriedusi, un ir grūti panākt liela mēroga apstrādi.
▶Mitra oksidēšanās
Šī metode ir uzlabota oksidācijas metode, kas izmanto oksidētājus, lai notekūdeņos esošās organiskās vielas oksidētu oglekļa dioksīdā un ūdenī augstā temperatūrā un augstā spiedienā, tādējādi noņemot piesārņotājus. Metodei piemīt plašs pielietojuma klāsts, augsta apstrādes efektivitāte, maz sekundāru piesārņojumu, ātrs oksidācijas ātrums un reģenerējama enerģija un noderīgi materiāli. Japānā un ASV šāda veida metode ir izmantota inženierzinātnēs, tā ir visprogresīvākā tehnoloģija un tai ir plašas attīstības perspektīvas. Tomēr šai metodei ir arī problēma, tas ir, mitrā oksidēšana parasti ir jāveic augstā temperatūrā un augsta spiediena apstākļos. Starpprodukts bieži ir organiskā skābe, kurai nepieciešami augsti aprīkojuma materiāli, dārgi katalizatori, un tā ir piemērota tikai nelielas plūsmas un augstas koncentrācijas notekūdeņiem ...
Mitrās oksidācijas metodes ietver divus veidus: subkritisko ūdens oksidāciju un superkritisko ūdens oksidāciju. Ūdens pārkritiskās oksidācijas tehnoloģija attiecas uz jaunu un augstas efektivitātes atkritumu apstrādes tehnoloģiju, kurā ūdens tiek oksidēts, lai virskritiskos apstākļos attīrītu organiskos piesārņotājus. Noteiktā temperatūrā un spiedienā gandrīz visas organiskās vielas var pilnībā oksidēties un sadalīties īsā laikā, kas ievērojami saīsina notekūdeņu attīrīšanas laiku. Apstrādes ierīce ir pilnībā noslēgta, kas ietaupa vietu un tai nav sekundāra piesārņojuma.
Pārkritiskā ūdenī sāls šķīdība ir ievērojami samazināta, savukārt organisko vielu šķīdība ir ievērojami palielināta. Piemēram, benzols, heksāns, N2, O2 utt. Var pilnībā sajaukties ar ūdeni, izraisot blīvuma, viskozitātes un difūzijas koeficienta izmaiņas. Palielinoties blīvumam, difūzijas koeficients samazinās. Tā kā mitrā oksidācijas tehnoloģija izmanto augstāku temperatūru un spiedienu, ūdens blīvums samazinās, difūzijas koeficients kļūst lielāks un strauji palielinās masas pārneses ātrums.
Mitrās oksidēšanas pielietojuma jomas galvenokārt ietver pesticīdu notekūdeņu attīrīšanu, notekūdeņu attīrīšanu ar fenolu, notekūdeņu un dūņu attīrīšanu un krāsošanu uc Ar bioķīmiskās attīrīšanas palīdzību var panākt notekūdeņu novadīšanu.
Uzlabotā oksidācijas tehnoloģija var mineralizēt organiskos piesārņotājus oglekļa dioksīdā un ūdenī. Tas ir videi draudzīgs process, bet augstās apstrādes izmaksas, noārdot piesārņotājus, ir&"; sašaurinājums &"; ierobežojot tās reklamēšanu. Ķīnas' uzlabotajā oksidācijas tehnoloģijā, izņemot dažas, piemēram, Fentona metodi un ozona oksidācijas tehnoloģiju, kas ir izmantota faktiskajā ūdens attīrīšanā, pārējās galvenokārt tiek veiktas laboratorijas pētījumos vai maza mēroga testēšanas stadijā. Tikai atrisinot trūkumus, kas saistīti ar augstām investīcijām un modernu oksidācijas tehnoloģiju apstrādes izmaksām, nopietnu iekārtu koroziju un nelielu daudzumu attīrīta ūdens, var paātrināt tās izmantošanu faktiskajā rūpniecībā. Uzlabotas oksidācijas tehnoloģijas attīstības virzienu var apkopot šādi:
Viens no tiem ir tāds, ka dažas tehnoloģijas, piemēram, fotokatalītiskās oksidācijas tehnoloģija un ozona oksidācijas tehnoloģija, var uzlabot notekūdeņu bioloģisko noārdīšanos, taču ir grūti un dārgi apstrādāt koksa notekūdeņus atsevišķi. To var kombinēt ar bioķīmisko tehnoloģiju, lai samazinātu koksēšanas notekūdeņu bioloģisko toksicitāti un uzlabotu bioloģisko noārdīšanos. , Un pēc tam izmantojiet zemu patēriņu un augstas efektivitātes bioķīmiskās metodes ārstēšanai.
Otrkārt, tādām tehnoloģijām kā mitra katalītiskā oksidācija un superkritiskā ūdens oksidēšana ir augstas prasības attiecībā uz aprīkojumu un augstas apstrādes izmaksas. Īpašu izpēti un izstrādi var veikt attiecībā uz reaktora materiāliem un zemu izmaksu katalizatoriem. Koksēšanas notekūdeņu attīrīšanā grūti apstrādājamos notekūdeņus, piemēram, atlikušo amonjaku, nedrīkst sajaukt ar citiem notekūdeņiem, palielināt notekūdeņu daudzumu un pēc tam izmantot iepriekšminētos uzlabotos oksidētājus.
Trešais ir projektēt reaktoru ar vienkāršu struktūru, augstu efektivitāti, dabisku apgaismojumu un ilgstošu stabilu darbību, uzlabot fotoķīmiskās oksidācijas un fotokatalītiskās oksidācijas tehnoloģijas apstrādes efektivitāti un apvienot to ar koagulācijas, adsorbcijas un citām tehnoloģijām.