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有机废水的处理方法现状及进展
浏览次数:1181次 日期:2017-02-13

摘要介绍了国内外有机废水的处理方法 特别是近年来出现的一些新型技术 如高级氧化法 Fen-tOn试剂和生化法联合处理法 超声波技术 电化学催化降解 液膜技术 微波处理技术 探讨了有机难降解废水处理的发展趋势

 

   近年来国内外在工业生产中为实现废物最小化   清洁生产 等目标 相继开发了许多新型 高效 具有实用意义的废水处理技术 如吸附法 生化法 混凝沉降法等 与传统的处理方法相比 其成本低 效率高 容易操作 无二次污染 因此 在城市污水和工业污水的处理中得到了广泛的应用 1处理方法1.1高级氧化法从FentOn发现Fe2+H2O2混合后可以产生的HO 自由基将水中有机污染物氧化为二氧化碳和水 1  HOigne第一个系统地提出高级氧化技术和机理 2 以来 高级氧化法已成为一种有效的处理有机废水的方法 HOigne认为高级氧化法的作用机理是通过不同途径产生HO 自由基的过程 羟基自由基HO 一旦形成 会诱发一系列的自由基链反应 攻击水体中的各种污染物 直致降解为二氧化碳 水和其他矿物盐 因此 可以说高级氧化技术是以产生HO 自由基为标志 O2 UV 紫外  H2O2 UV 紫外  O3 H2O2及非均相TiO2光催化氧化等几种典型的高级氧化技术研究表明 高级氧化法的应用领域可扩展到水体中难降解的持久性有机污染物 但应加强所需新型反应器的研制 以便进一步强化废水的降解 提高其处理效率 3 6  与其它的废水处理方法相比 高级氧化法具有以下特点  1 产生大量非常活泼的羟基自由基HO  其氧化能力 2.80V 仅次于氟 2.87V  它作为反应的中间产物 可诱发后面的链反应  2 HO 无选择地直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳 水和无害盐 不会产生二次污染  3 由于它是一种物理 化学处理过程 很容易加以控制 以满足处理需要.甚至可以降解10-9级的污染物  4 既可单独使用 又可与其他处理方法相匹配 如作为生化法的前后处理 可降低处理成本 在国外 高级氧化法处理废水早已在一些对经济成本不敏感的工业过程中得到了广泛的应用 国内近年来应用H2O2 UV法处理造纸厂废水也取得了明显进展 O3 UV法处理废气的研究也已展开 此外 高级氧化法所需的新型反应器 如高效的鼓泡塔反应器 旋转填料床反应器 流化床光催化反应器 撞击流反应器与高级氧化法偶合的研究也正在展开 以便进一步强化废水的降解和提高其处理效率 在城市污水消毒 医院污水处理 以及野外污水处理等方面高级氧化法也有其应用实例 1.2FentOn试剂和生化法联合处理有机废水FentOn试剂是以亚铁离子为催化剂 催化分解H2O2产生强氧化剂H进攻有机物分子内键 达到将有机物完全无机化或裂解为小分子 7  采用FentOn试剂和生化法联合处理的有机废水一般分为四类 8   1 难生物降解废水  2 含有少量难生物降解有机物可生化废水  3 抑制性废水  4 污染物的生物降解中间产物具有抑制性 FentOn试剂和生化法联合处理的有机废水的工艺流程见图1

图片1.png

2.1难生物降解废水这类废水(如垃圾渗滤液>主要含高聚物(如难降解大分子有机物>H人工合成物质(如非离子型表面活性剂H2-磺基蒽醌酸及其钠盐>和一些能在自然界中稳定存在的难降解腐殖质 使得生物处理系统出水不达标且运行不稳定0FentOn试剂通过产生强氧化性的HO 氧化微生物无法利用的有机物 使得大分子有机物分解成具有较小分子结构的H可被微生物分解的有机物 如聚(>二醇类物质的相对分子质量在300以下方可生物降解 提高废水的可生化性 确保后续生物处理系统出水达标且运行稳定[9I0对于这类废水一般采用流程(1>处理01.2.2含有大部分可生物降解物质的废水这类废水中含有较多可生物降解物质 因而可先用生物法去除 再用FentOn试剂完全无机化剩余的难降解有机物 达到既符合国家出水标准 又尽可能降低费用的双重效果 宜采用流程(2>(3>0此时FentOn试剂作为后续处理手段01.2.3抑制性废水这类废水含有抑制性物质 用生物法处理 出水水质不易达标 且运行不稳定0理论上虽然可先用FentOn试剂预处理 去除抑制性污染物 使之完全无机化或生成可生物降解的中间产物 为后续生物处理做准备 但实际处理时 当废水中生物抑制性污染物的量不多时 FentOn试剂进行预处理 非生物抑制性物质会与抑制性物质争夺HO 使得消除抑制性物质所需的药剂量增大 导致处理费用增加0因而需根据具体情况确定采用哪种处理方法01.2.4污染物的生物降解中间产物具有抑制性在以往的生物处理法运行中 人们往往发现污水中污染物易生物降解 但是在生物处理过程中产生大量的抑制性中间产物 并不断累积 使得系统中微生物受到抑制 降解效率下降 最终系统崩溃0因此可采用有回流的流程(2>(3> 通过将生物系统的出水进入后续的FentOn试剂反应器 去除生物处理过程中产生的生物抑制性物质 然后再回流与原污水混合进入生物系统处理 使得生物系统运行稳定 效率提高01.3超声空化降解法1.3.1超声空化降解机理超声波降解水体中的有机污染物 尤其是生物难降解的有机污染物 是一项新型水处理技术[10I0超声波是指频率在15kHz以上的声波 其在溶液中以一种球面波的形式传播0一般认为 频率范围在15kHz 1MHz的超声波降解水中的有机物是由空化效应引起的物理化学过程0超声空化是指液体中的微小气泡核在超声波作用下被激化 表现为泡核的振荡H生长H收缩及崩溃等一系列动力学过程 该过程是集中声场能量并迅速释放的绝热过程0在空化气泡崩溃的极短时间内 空化气泡及其周围极小空间范围内出现热点 产生高达1900 5200K的高温和超过50662kPa的高压 这些极端条件可以直接或间接地使水中有机物降解01.3.2有机物的降解有机物的降解有以下几种[11I:a>对卤代烃的降解:主要包括对氯代烃(CC14 CH2C12>和氯氟代烃(CFC1 CFC13>的降解0b>对酚类的降解:主要包括对苯酚H氯酚和对硝基苯酚的降解0对苯酚 其降解过程中产生邻苯二酚和对苯二酚 最终产物为CO2H2O 其降解过程与臭氧氧化过程类似;对氯酚 GOndrexOn等研究五氯酚(PCP>的超声降解时 利用每级为500kHzH80W的辐射式超声波的三级相同的反应器串联 反应液体积100m 整个反应系统为连续流 流量6.7m/min PCP初始浓度0.1mmO1/[12I0试验结果表明 60min该超声系统处理 PCP的降解率达80 以上0c>对芳香烃的降解:对芳香烃的降解主要包括对单环芳香烃(H甲苯H乙苯H己苯H苯乙烯H邻氯甲苯>和多环芳香烃(联苯HHH>的降解0d>对醇类的降解:对醇类的降解主要包括对甲醇H乙醇的降解0TOy等用超声降解乙醇等分子量小的有机物 其降解产物为甲酸和乙酸[13I0Butter等的研究结果表明 甲醇的水溶液在1MHz的超声波辐射下通氩气 产生H2 HCHO CO CH4以及少量的C2H4C2H6 通氧气时产生CO2 CO HCOOH HCHO H2O2以及少量的H2 甲醇与水的比例不同 产物的量也不同[14I0体积分数为10 的甲醇溶液 其降解产物的量远高于纯水 而在80 的甲醇水溶液中 几乎没有化学反应发生0e>对农药的降解:对农药的降解主要包括对氯苯胺灵(c11Or-prOp1am>H3-氯苯胺H对硫磷H甲胺磷和乙酰甲胺磷农药的降解0如钟爱国用声强80W/cm2H频率22kHz的超声波分别辐照甲胺磷和乙酰甲胺磷溶液 结果表明 在甲胺磷初始浓度为1.0>10-4mO1/HpH值为2.5H反应温度为30 HFe2+质量浓度大于50mg/H允氧气至饱和的条件下 辐照时间120min 甲胺磷的去除率达到99.3 ;在乙酰甲胺磷初始浓度为1.0>10-4 10.0>10-4mO1/ pH值为2.5 10.8H反应温度为30 35  Fe2+质量浓度为15mg/ 允氧气至饱和的条件下 辐照60min 乙酰甲胺磷的去除率达到99.9  15 16] 1.4电化学催化降解法电化学降解有机物的基本原理是使这些有机污染物在电极上发生氧化还原转变 17] 有机物的直接电催化转化分两类进行 一是电化学转换 即把有毒物质转变为无毒物质 或把非生物相容的有机物转化为生物相容的物质<如芳香物开环氧化为脂肪酸以便进一步实施生物处理 二是电化学燃烧 即直接将有机物深度氧化为CO2 研究表明 有机物在金属氧化物阳极上的氧化反应机理和产物同阳极金属氧化物的价态和表面上的氧化物种有关 在金属氧化物MO1阳极上生成的较高价金属氧化物MO1+1有利于有机物选择性氧化生成含氧化合物 M1阳极上生成的自由基M1E OHJ有利于有机物氧化燃烧生成CO2 电还原法有直接电还原方法和间接电还原法 其中直接的电还原方法已被试用于水中含卤有机物的处理 过程属于电化学脱卤反应 如用碳纤维填充床 电极在30min内可使水中五氯代酚的质量浓度由50mg/降至0.5mg/ 但是所需的阴极电位很负 伴随着发生析氢反应 完全脱氯的电流效率较低 最近 Merica等用电还原方法处理甲酵-水混合溶剂中的六氯代酚 电流效率达60  18] Kirk等的实验表明 电氧化法可使苯胺染料的转化率达97  其中72.5 氧化为CO2 电流效率为15  40  19] 程里等用缩合-电解法处理苯胺废水 COD去除率为92  99  苯胺含量达到检测限以下<小于0.1mg/> 20] 1.5液膜技术液膜分离技术是一种新型的膜分离技术 它具有膜分离技术的一些特点 但又不像固膜那样 需要高压操作及存在膜污染老化而引起的膜清洗H维修和更换的麻烦及费用昂贵等问题 液膜主要由膜溶剂<水或有机溶剂>H表面活性剂<乳化剂>和添加剂组成 按其构型和操作方式不同 可分为乳状液膜和支撑液膜 21] 它通过两液相互形成的界面-液相膜 将两种组成不同但有互相混溶的溶液隔开 经选择性渗透 使物质分离提纯 此技术具有膜薄<1 10fm="">H比表面积大H分离效率高H分离速度快H过程简单H成本低H用途广等优点 液膜分离技术用于废水处理 对不同被分离物选用不同的溶剂H表面活性剂H载体及液膜种类 可有针对性地去除或回收废水中的污染物 当前 液膜分离技术的重点是解决液膜稳定性问题 找到节能的快速破乳方法 开发连续性运行的配套专用设备及高性能支撑液膜组件 使液膜技术能更好地应用到工业废水的处理中 1.6微波处理技术微波加热是利用介质的介电损耗而发热 在极短的时间内使介质分子达到极化状态 加剧分子的运动与碰撞 22] 由于电磁能量是以波的形式辐射到介质内部 内外同时加热 加热无滞后效应 所以体系受热均匀 污水处理中有机污染物常用活性炭吸附法 但吸附后活性炭表面的有机物却难以处理 微波辐射能有效地解吸活性炭表面的有机物 使活性炭再生并有利于有机物的消解和回收再利用 国外研制了一种固定床式的微波加热解吸装置 用以研究从活性炭和沸石中解吸回收乙醇和有机脂 CHM等采用低能度的微波辐射 对污水中吸附在颗粒状活性炭表面的有机毒物三氯乙烯H二甲苯H胺以及碳氢化合物等进行解吸和消解 其最终分解率达100  处理后的水质稳定 此外 微波加热解吸还可回收有机物 微波技术在环境保护领域中的应用前景令人鼓舞 但还存在一些问题 微波泄露对人体有影响 因此 在使用微波时 必须保证安全 以排除微波辐射对人体造成的不良影响 防止微波泄露的关键是微波反应腔的设计 目前 研究人员正在研究采用计算机模拟设计微波反应腔 来达到减少微波泄露的目的

 

 2展望迄今为止 传统的生物方法常被用来处理低浓度的有机废水 处理费用较低 其它的氧化或分离技术在经济可行的前提下 主要适用于处理高浓度的有机废水 如焚烧法 焚烧法远远不能达到能量自给 需要加入燃料油辅助燃烧 消耗大量的热能 同时 燃烧过程中产生大量尾气 并含NO1SO2和飞灰等污染物 造成二次污染 上述新兴处理技术正好弥补了这些不足 即效率高H操作条件简单 又不存在二次污染 具有很好的应用前景 即使存在不足 但经过进一步的基础研究和工程应用 将会成为环境友好化学的发展趋势。





 
 
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