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有機廢水的處理方法現狀及進展
瀏覽次數:1062次 日期:2017-02-13

摘要介紹了國內外有機廢水的處理方法 特別是近年來出現的一些新型技術 如高級氧化法 Fen-tOn試劑和生化法聯合處理法 超聲波技術 電化學催化降解 液膜技術 微波處理技術 探討了有機難降解廢水處理的發展趨勢

 

   近年來國內外在工業生產中為實現廢物最小化   清潔生產 等目標 相繼開發了許多新型 高效 具有實用意義的廢水處理技術 如吸附法 生化法 混凝沉降法等 與傳統的處理方法相比 其成本低 效率高 容易操作 無二次汙染 因此 在城市汙水和工業汙水的處理中得到了廣泛的應用 1處理方法1.1高級氧化法從FentOn發現Fe2+H2O2混合後可以產生的HO 自由基將水中有機汙染物氧化為二氧化碳和水 1  HOigne第一個係統地提出高級氧化技術和機理 2 以來 高級氧化法已成為一種有效的處理有機廢水的方法 HOigne認為高級氧化法的作用機理是通過不同途徑產生HO 自由基的過程 羥基自由基HO 一旦形成 會誘發一係列的自由基鏈反應 攻擊水體中的各種汙染物 直致降解為二氧化碳 水和其他礦物鹽 因此 可以說高級氧化技術是以產生HO 自由基為標誌 O2 UV 紫外  H2O2 UV 紫外  O3 H2O2及非均相TiO2光催化氧化等幾種典型的高級氧化技術研究表明 高級氧化法的應用領域可擴展到水體中難降解的持久性有機汙染物 但應加強所需新型反應器的研製 以便進一步強化廢水的降解 提高其處理效率 3 6  與其它的廢水處理方法相比 高級氧化法具有以下特點  1 產生大量非常活潑的羥基自由基HO  其氧化能力 2.80V 僅次於氟 2.87V  它作為反應的中間產物 可誘發後麵的鏈反應  2 HO 無選擇地直接與廢水中的汙染物反應將其降解為二氧化碳 水和無害鹽 不會產生二次汙染  3 由於它是一種物理 化學處理過程 很容易加以控製 以滿足處理需要.甚至可以降解10-9級的汙染物  4 既可單獨使用 又可與其他處理方法相匹配 如作為生化法的前後處理 可降低處理成本 在國外 高級氧化法處理廢水早已在一些對經濟成本不敏感的工業過程中得到了廣泛的應用 國內近年來應用H2O2 UV法處理造紙廠廢水也取得了明顯進展 O3 UV法處理廢氣的研究也已展開 此外 高級氧化法所需的新型反應器 如高效的鼓泡塔反應器 旋轉填料床反應器 流化床光催化反應器 撞擊流反應器與高級氧化法偶合的研究也正在展開 以便進一步強化廢水的降解和提高其處理效率 在城市汙水消毒 醫院汙水處理 以及野外汙水處理等方麵高級氧化法也有其應用實例 1.2FentOn試劑和生化法聯合處理有機廢水FentOn試劑是以亞鐵離子為催化劑 催化分解H2O2產生強氧化劑H進攻有機物分子內鍵 達到將有機物完全無機化或裂解為小分子 7  采用FentOn試劑和生化法聯合處理的有機廢水一般分為四類 8   1 難生物降解廢水  2 含有少量難生物降解有機物可生化廢水  3 抑製性廢水  4 汙染物的生物降解中間產物具有抑製性 FentOn試劑和生化法聯合處理的有機廢水的工藝流程見圖1

圖片1.png

2.1難生物降解廢水這類廢水(如垃圾滲濾液>主要含高聚物(如難降解大分子有機物>H人工合成物質(如非離子型表麵活性劑H2-磺基蒽醌酸及其鈉鹽>和一些能在自然界中穩定存在的難降解腐殖質 使得生物處理係統出水不達標且運行不穩定0FentOn試劑通過產生強氧化性的HO 氧化微生物無法利用的有機物 使得大分子有機物分解成具有較小分子結構的H可被微生物分解的有機物 如聚(>二醇類物質的相對分子質量在300以下方可生物降解 提高廢水的可生化性 確保後續生物處理係統出水達標且運行穩定[9I0對於這類廢水一般采用流程(1>處理01.2.2含有大部分可生物降解物質的廢水這類廢水中含有較多可生物降解物質 因而可先用生物法去除 再用FentOn試劑完全無機化剩餘的難降解有機物 達到既符合國家出水標準 又盡可能降低費用的雙重效果 宜采用流程(2>(3>0此時FentOn試劑作為後續處理手段01.2.3抑製性廢水這類廢水含有抑製性物質 用生物法處理 出水水質不易達標 且運行不穩定0理論上雖然可先用FentOn試劑預處理 去除抑製性汙染物 使之完全無機化或生成可生物降解的中間產物 為後續生物處理做準備 但實際處理時 當廢水中生物抑製性汙染物的量不多時 FentOn試劑進行預處理 非生物抑製性物質會與抑製性物質爭奪HO 使得消除抑製性物質所需的藥劑量增大 導致處理費用增加0因而需根據具體情況確定采用哪種處理方法01.2.4汙染物的生物降解中間產物具有抑製性在以往的生物處理法運行中 人們往往發現汙水中汙染物易生物降解 但是在生物處理過程中產生大量的抑製性中間產物 並不斷累積 使得係統手机电影生物受到抑製 降解效率下降 最終係統崩潰0因此可采用有回流的流程(2>(3> 通過將生物係統的出水進入後續的FentOn試劑反應器 去除生物處理過程中產生的生物抑製性物質 然後再回流與原汙水混合進入生物係統處理 使得生物係統運行穩定 效率提高01.3超聲空化降解法1.3.1超聲空化降解機理超聲波降解水體中的有機汙染物 尤其是生物難降解的有機汙染物 是一項新型水處理技術[10I0超聲波是指頻率在15kHz以上的聲波 其在溶液中以一種球麵波的形式傳播0一般認為 頻率範圍在15kHz 1MHz的超聲波降解水中的有機物是由空化效應引起的物理化學過程0超聲空化是指液體中的微小氣泡核在超聲波作用下被激化 表現為泡核的振蕩H生長H收縮及崩潰等一係列動力學過程 該過程是集中聲場能量並迅速釋放的絕熱過程0在空化氣泡崩潰的極短時間內 空化氣泡及其周圍極小空間範圍內出現熱點 產生高達1900 5200K的高溫和超過50662kPa的高壓 這些極端條件可以直接或間接地使水中有機物降解01.3.2有機物的降解有機物的降解有以下幾種[11I:a>對鹵代烴的降解:主要包括對氯代烴(CC14 CH2C12>和氯氟代烴(CFC1 CFC13>的降解0b>對酚類的降解:主要包括對苯酚H氯酚和對硝基苯酚的降解0對苯酚 其降解過程中產生鄰苯二酚和對苯二酚 最終產物為CO2H2O 其降解過程與臭氧氧化過程類似;對氯酚 GOndrexOn等研究五氯酚(PCP>的超聲降解時 利用每級為500kHzH80W的輻射式超聲波的三級相同的反應器串聯 反應液體積100m 整個反應係統為連續流 流量6.7m/min PCP初始濃度0.1mmO1/[12I0試驗結果表明 60min該超聲係統處理 PCP的降解率達80 以上0c>對芳香烴的降解:對芳香烴的降解主要包括對單環芳香烴(H甲苯H乙苯H己苯H苯乙烯H鄰氯甲苯>和多環芳香烴(聯苯HHH>的降解0d>對醇類的降解:對醇類的降解主要包括對甲醇H乙醇的降解0TOy等用超聲降解乙醇等分子量小的有機物 其降解產物為甲酸和乙酸[13I0Butter等的研究結果表明 甲醇的水溶液在1MHz的超聲波輻射下通氬氣 產生H2 HCHO CO CH4以及少量的C2H4C2H6 通氧氣時產生CO2 CO HCOOH HCHO H2O2以及少量的H2 甲醇與水的比例不同 產物的量也不同[14I0體積分數為10 的甲醇溶液 其降解產物的量遠高於純水 而在80 的甲醇水溶液中 幾乎沒有化學反應發生0e>對農藥的降解:對農藥的降解主要包括對氯苯胺靈(c11Or-prOp1am>H3-氯苯胺H對硫磷H甲胺磷和乙酰甲胺磷農藥的降解0如鍾愛國用聲強80W/cm2H頻率22kHz的超聲波分別輻照甲胺磷和乙酰甲胺磷溶液 結果表明 在甲胺磷初始濃度為1.0>10-4mO1/HpH值為2.5H反應溫度為30 HFe2+質量濃度大於50mg/H允氧氣至飽和的條件下 輻照時間120min 甲胺磷的去除率達到99.3 ;在乙酰甲胺磷初始濃度為1.0>10-4 10.0>10-4mO1/ pH值為2.5 10.8H反應溫度為30 35  Fe2+質量濃度為15mg/ 允氧氣至飽和的條件下 輻照60min 乙酰甲胺磷的去除率達到99.9  15 16] 1.4電化學催化降解法電化學降解有機物的基本原理是使這些有機汙染物在電極上發生氧化還原轉變 17] 有機物的直接電催化轉化分兩類進行 一是電化學轉換 即把有毒物質轉變為無毒物質 或把非生物相容的有機物轉化為生物相容的物質<如芳香物開環氧化為脂肪酸以便進一步實施生物處理 二是電化學燃燒 即直接將有機物深度氧化為CO2 研究表明 有機物在金屬氧化物陽極上的氧化反應機理和產物同陽極金屬氧化物的價態和表麵上的氧化物種有關 在金屬氧化物MO1陽極上生成的較高價金屬氧化物MO1+1有利於有機物選擇性氧化生成含氧化合物 M1陽極上生成的自由基M1E OHJ有利於有機物氧化燃燒生成CO2 電還原法有直接電還原方法和間接電還原法 其中直接的電還原方法已被試用於水中含鹵有機物的處理 過程屬於電化學脫鹵反應 如用碳纖維填充床 電極在30min內可使水中五氯代酚的質量濃度由50mg/降至0.5mg/ 但是所需的陰極電位很負 伴隨著發生析氫反應 完全脫氯的電流效率較低 最近 Merica等用電還原方法處理甲酵-水混合溶劑中的六氯代酚 電流效率達60  18] Kirk等的實驗表明 電氧化法可使苯胺染料的轉化率達97  其中72.5 氧化為CO2 電流效率為15  40  19] 程裏等用縮合-電解法處理苯胺廢水 COD去除率為92  99  苯胺含量達到檢測限以下<小於0.1mg/> 20] 1.5液膜技術液膜分離技術是一種新型的膜分離技術 它具有膜分離技術的一些特點 但又不像固膜那樣 需要高壓操作及存在膜汙染老化而引起的膜清洗H維修和更換的麻煩及費用昂貴等問題 液膜主要由膜溶劑<水或有機溶劑>H表麵活性劑<乳化劑>和添加劑組成 按其構型和操作方式不同 可分為乳狀液膜和支撐液膜 21] 它通過兩液相互形成的界麵-液相膜 將兩種組成不同但有互相混溶的溶液隔開 經選擇性滲透 使物質分離提純 此技術具有膜薄<1 10fm="">H比表麵積大H分離效率高H分離速度快H過程簡單H成本低H用途廣等優點 液膜分離技術用於廢水處理 對不同被分離物選用不同的溶劑H表麵活性劑H載體及液膜種類 可有針對性地去除或回收廢水中的汙染物 當前 液膜分離技術的重點是解決液膜穩定性問題 找到節能的快速破乳方法 開發連續性運行的配套專用設備及高性能支撐液膜組件 使液膜技術能更好地應用到工業廢水的處理中 1.6微波處理技術微波加熱是利用介質的介電損耗而發熱 在極短的時間內使介質分子達到極化狀態 加劇分子的運動與碰撞 22] 由於電磁能量是以波的形式輻射到介質內部 內外同時加熱 加熱無滯後效應 所以體係受熱均勻 汙水處理中有機汙染物常用活性炭吸附法 但吸附後活性炭表麵的有機物卻難以處理 微波輻射能有效地解吸活性炭表麵的有機物 使活性炭再生並有利於有機物的消解和回收再利用 國外研製了一種固定床式的微波加熱解吸裝置 用以研究從活性炭和沸石中解吸回收乙醇和有機脂 CHM等采用低能度的微波輻射 對汙水中吸附在顆粒狀活性炭表麵的有機毒物三氯乙烯H二甲苯H胺以及碳氫化合物等進行解吸和消解 其最終分解率達100  處理後的水質穩定 此外 微波加熱解吸還可回收有機物 微波技術在環境保護領域中的應用前景令人鼓舞 但還存在一些問題 微波泄露對人體有影響 因此 在使用微波時 必須保證安全 以排除微波輻射對人體造成的不良影響 防止微波泄露的關鍵是微波反應腔的設計 目前 研究人員正在研究采用計算機模擬設計微波反應腔 來達到減少微波泄露的目的

 

 2展望迄今為止 傳統的生物方法常被用來處理低濃度的有機廢水 處理費用較低 其它的氧化或分離技術在經濟可行的前提下 主要適用於處理高濃度的有機廢水 如焚燒法 焚燒法遠遠不能達到能量自給 需要加入燃料油輔助燃燒 消耗大量的熱能 同時 燃燒過程中產生大量尾氣 並含NO1SO2和飛灰等汙染物 造成二次汙染 上述新興處理技術正好彌補了這些不足 即效率高H操作條件簡單 又不存在二次汙染 具有很好的應用前景 即使存在不足 但經過進一步的基礎研究和工程應用 將會成為環境友好化學的發展趨勢。





 
 
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