污水处理新技术

随着污水处理标准要求的提高, 传统污水处理工艺难以满足处理要求, 为解决这一问题, 在几代人的不懈努力下逐渐形成了现在的高级氧化技术 ( AOP) , 而且随着微波技术、超声波技术、催化剂合成等技术的发展, 在高级氧化技术的基础上, 又逐渐开发出了各种耦合工艺, 如催化内电解法、湿式催化氧化工艺、光催化氧化技术、催化臭氧化技术、及类Fenton技术(即将微波、超声波、紫外光、催化剂等引入到Fenton氧化技术中)。

1 催化内电解法

利用铁碳内电解法处理印染废水, 具有成本低廉、操作简便、协同效应强、脱色效率高等优点。但铁碳内电解法也存在一些缺点, 例如长期运行时, 铁屑易结块, 使处理效果下降等。而催化铁内电解法相比铁碳法, 具有以下优点[ 8] :

( 1) 处理难降解污染物的能力更强, 脱色效果显著, 在工程上长时间运行也不结块板结;

( 2) 整个反应是在不曝气的缺氧情况下进行的;

( 3) 因为无氧的参与, 所以铁的消耗量和反应产生的铁泥也比铁碳法少得多;

( 4) 更为重要的是, 催化铁内电解法适用的pH 值范围较大( pH 值4~ 11), 通常反应可在中性和弱碱性条件下进行。

2 催化臭氧氧化法

自从1906年N ice第一次应用臭氧来消毒饮用水以来, 虽然其一直以高效且不会产生二次污染而著称, 但存在着明显的缺陷, 主要表现为两点: 第一, 操作费用较高; 第二, 臭氧虽然具有极强的氧化性, 但它的氧化活性却具有极高的选择性, 使得臭氧在水处理过程中很难彻底去除水中的TOC 和COD。

近年来, 由于在水处理实践中碰到的困难, 如氯消毒副产物、难生物降解或有毒有害有机废水的治理等缺乏有效的方法, 对传统臭氧化工艺的改进成为人们研究的热点。催化臭氧氧化法因催化剂的存在, 使反应的活化能降低, 不但可以加快臭氧分解产生高活性且几乎无选择性的各类自由基, 由自由基降解水中难以被臭氧直接氧化的有机物, 从而彻底除去水中的TOC 和COD, 而且由于有铁离子的存在, 其水解反应产生的氢氧化物对有机物发生絮凝沉淀作用, 而使有机物的去除效果得以提高。然而在试剂利用率、催化剂回收、以及金属离子溶出方面还有待进一步的改进[ 9] 。

3 催化湿式氧化法

湿式氧化技术(Wet air ox idat ion, WAO )是指在高温( 125 ~ 320℃) 和高压( 0. 5~ 20MPa )的条件下, 以纯氧或空气中的氧气为氧化剂, 将有机物降解为无机物或小分子有机物的过程。虽然传统湿式氧化法对于高浓度、有毒有害、难生物降解的有机废水处理非常有效, 但高温高压的反应条件使得湿式氧化工艺很难在实际废水处理中得到推广应用。为了降低其反应条件以满足工业应用需要, 催化湿式氧化技术( Cata ly tic w et air ox idation, CWAO)便应运而生。

催化湿式氧化过程中通过催化途径产生氧化能力极强的( OH ) 羟基自由基。OH 氧化电位为 2. 80V, 仅次于氟的2. 87 V。故湿式氧化法在降解废水时具有以下特点[ 10 ] : ( 1) OH 是高级氧化过程的中间产物, 作为引发剂诱发后面的链反应发生, 对难降解的物质的开环、断键、难降解的污染物变成低分子或易生物降解的物质特别适用;

( 2) OH 几乎无选择的与废水中的任何污染物反应, 直接将其氧化为CO2、水或盐, 不会产生二次污染;

( 3) 湿式催化氧化法是一种物理- 化学处理过程, 很容易控制, 以满足各种废水处理要求;

( 4) 反应条件温和, 是一种高效节能型废水处理技术。

4 Fenton法

法国人Fenton[ 9 ] 发现采用Fe2+ /H2O2 体系能氧化多种有机物, 后人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂, 它能有效地氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物。Fenton 技术因反应条件温和, 操作较方便, 处理高效等优点, 在处理有毒、有害、难生物降解等有机废水中极具应用潜力。但随着研究的深入, 人们发现该方法虽然有其独特的优点, 但其缺点同样突出: 处理费用高(需要投加大量的药剂), 只适用于低浓度、少量废水的处理, 而且Fenton 法必须在酸性条件下进行。这些都限制了Fenton 法在实际中的推广应用。为克服Fenton法的弊端, 近年来, 越来越多的研究者把Fenton试剂同别的处理方法结合起来, 如生物处理法、超声波法、微波辅助法、photo - Fenton 法等, 形成了一种类Fenton试剂法。Fen ton氧化技术的优点主要有[ 11- 12 ] :

( 1)反应启动快, 反应条件温和, 在常温常压下就可运行;

( 2)设备简单, 能耗小, 节约运行成本;

( 3) Fenton 试剂氧化能力强, 反应过程中可以将污染物彻底无害化, 而且氧化剂H2O2 参加反应后剩余物可以自行分解, 不留残余, 同时铁离子水解而产生的铁的氢氧化物是良好的絮凝剂, 可优化处理结果;

( 4)运行过程稳定可靠, 且不需要特别的维护, 操作简单易行。

5 半导体光催化降解法

自从O llis于1984年发表了第一篇关于半导体光催化在水治理方面应用的综述文章, 以T iO2 半导体体系的光催化技术以其无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好而受到人们的青睐。然而该体系存在着: 半导体载流子的复合率高; 催化剂的失活; 较慢的反应速率; 较低的光量子效率; 难以预见的反应机制等问题, 还难以满足大规模应用的要求。如何加快界面电子电荷转移反应速率, 降低光生电子- 空穴对的复合, 提高该体系的反应效率, 以及拓宽和提高催化剂对可见光的有效吸收将是今后研究的重点。大多数氧化铁及羟基氧化铁都呈现出半导体性质, 很多研究者对其光催化性能进行了研究。作为过渡金属, 铁及其化合物是重要的催化剂, 已有很多文献报道在T iO2 光催化体系中引入Fe(3)能加快光催化反应的效率。