El ràpid desenvolupament de la indústria siderúrgica ha produït una gran quantitat d'aigües residuals industrials difícils de tractar, especialment aigües residuals de coc, que contenen una gran quantitat de matèria orgànica d'alta concentració tòxica, nociva i difícil de degradar. Té les característiques d’una composició complexa i grans canvis en la qualitat i el volum de l’aigua. El tractament de les aigües residuals de coc està causant cada vegada més preocupacions. Presta atenció a. Actualment, el tractament de les aigües residuals de coc és principalment mètodes tradicionals de tractament biològic, mètodes de floculació i coagulació i mètodes d’adsorció. Les aigües residuals de coc són poc biodegradables i cal diluir-les en gran quantitat abans del tractament bioquímic. A més a més, després que l’efluent bioquímic COD (demanda química d’oxigen) i el contingut de nitrogen amoníac siguin difícils d’assolir la norma alhora, cal tractar-lo més. No obstant això, algunes tecnologies de tractament avançades tenen uns costos de processament elevats i és difícil degradar completament algunes substàncies tòxiques i nocives i són propenses a la contaminació secundària. Basant-se en l’estat actual del tractament de les aigües residuals de coc, és molt necessari estudiar tecnologies de tractament eficients i respectuoses amb el medi ambient.
El procés avançat d’oxidació (AOPs) utilitza els radicals hidroxil (· OH) extremadament actius generats al sistema de reacció per atacar les molècules contaminants orgàniques i, finalment, oxidar els contaminants orgànics a CO2, H2O i altres substàncies no tòxiques. tecnologia de tractament d’aigües residuals amigable i eficient. En l'actualitat, les tecnologies avançades d'oxidació inclouen principalment l'oxidació química, l'oxidació fotoquímica, l'oxidació fotocatalítica, l'oxidació catalítica humida, etc.
▶ Oxidació química
Aquest mètode utilitza oxidants químics per convertir substàncies inorgàniques o orgàniques líquides o gasoses en substàncies lleugerament verinoses o no tòxiques o convertir-les en formes fàcilment separables. Els oxidants més utilitzats en el camp del tractament de l'aigua són l'ozó, peròxid d'hidrogen, permanganat de potassi i similars. En el procés de tractament d’aigües residuals del fenol, l’aplicació d’ozó i peròxid d’hidrogen és la més freqüent.
En l'actualitat, molts països del món han utilitzat l'ozó per a la desinfecció, especialment a Europa, l'ozó s'utilitza en el tractament de l'aigua a les plantes d'aigua. Afegiu catalitzadors sòlids al sistema d’oxidació de l’ozó, com ara el carbó actiu amb una àmplia superfície. L’ozó i el carbó actiu s’utilitzen alhora per jugar un paper catalític i poden absorbir els productes de petites molècules després de l’oxidació de l’ozó. Els dos augmenten conjuntament l’OH de la solució. Té un efecte sinèrgic per generar més radicals hidroxil.
El peròxid d’hidrogen és un oxidant fort. Té una reacció d’oxidació ràpida en una solució alcalina i no aportarà ions d’impuresa a la solució de reacció. Per tant, s’utilitza bé en el tractament de diversos contaminants orgànics o inorgànics. Des de fa temps s’utilitza peròxid d’hidrogen per eliminar la DQO de les aigües residuals industrials. Tot i que el preu de l’ús de l’oxidació química per tractar les aigües residuals és superior als mètodes físics i biològics habituals, aquest mètode té efectes irreemplaçables amb altres mètodes de tractament, com el tòxic. Pre-digestió d’aigües residuals perilloses o no biodegradables, pretractament d’aigües residuals d’alta concentració / baix flux, etc. L’efecte de l’ús únicament de peròxid d’hidrogen per degradar compostos refractaris estables d’alta concentració no és bo. Es pot millorar utilitzant sals de metalls de transició. El mètode més comú és utilitzar sals de ferro per activar-les.
▶ Mètode del reactiu de Fenton &.
El reactiu Fenton, que es compon de sal ferrosa soluble i peròxid d’hidrogen barrejat en una proporció determinada, pot oxidar moltes molècules orgàniques i el sistema no requereix altes temperatures i altes pressions. El Fe2+ del reactiu pot iniciar i promoure la descomposició del peròxid d’hidrogen, generant així radicals hidroxils. Algunes substàncies tòxiques i nocives com el fenol, el clorofenol, el clorobencè i el nitrofenol també poden oxidar-se mitjançant el reactiu Fenton&# 39 i el reactiu similar a Fenton.
La combinació de peròxid d’hidrogen i ozó i la combinació de peròxid d’hidrogen i ultraviolada s’anomenen tecnologia similar a Fenton, i el seu principi és bàsicament el mateix que el de la tecnologia Fenton.
▶Oxidació fotoquímica
Aquest mètode és una reacció química realitzada sota l’acció de la llum. Requereix molècules per absorbir la radiació electromagnètica d’una longitud d’ona específica i s’exciten per produir un estat d’excitació molecular i després canviar químicament a un altre estat estable o convertir-se en un producte intermedi que inicia una reacció tèrmica. L’efecte de descomposició de la radiació ultraviolada simple és feble. Mitjançant la introducció d’una quantitat adequada d’oxidants (com ara H2O2, O3, etc.) al mètode d’oxidació de llum ultraviolada, es pot optimitzar significativament l’efecte de tractament d’aigües residuals i accelerar la taxa de degradació. Hi ha dues maneres de fotodegradació de la matèria orgànica: la fotodegradació directa i la fotodegradació indirecta. El primer es refereix a la reacció directa de les molècules de matèria orgànica amb substàncies del medi ambient després d’absorbir l’energia lluminosa; aquesta última es refereix a certes substàncies existents en el medi orgànic. El procés d’absorció de l’energia lluminosa en estat excitat i, posteriorment, la inducció de la reacció de la matèria orgànica i els contaminants. Entre ells, és més important la degradació indirecta de la llum de la matèria orgànica.
El rang de longituds d'ona que es pot utilitzar en el mètode d'oxidació fotoquímica és de 200nm ~ 700nm, és a dir, el rang de llum ultraviolada i llum visible. L’oxidació fotoquímica té aplicacions en el control de la contaminació atmosfèrica i el tractament d’aigües residuals. Es pot dividir en UV / O3, UV / H2O2, UV / Fenton i altres sistemes segons els tipus d’oxidants. Independentment del sistema, les reaccions fotoquímiques generalment degraden els orgànics generant radicals hidroxil.
Per exemple, en el sistema UV / O3, l'ozó en fase líquida es descompondrà per produir radicals hidroxils sota radiació ultraviolada, i la taxa d'absorció ultraviolada arriba al màxim a 253,7 nm, que pot oxidar la majoria de la matèria orgànica en CO2 i aigua, i s'utilitza per tractar el ferro en aigües residuals industrials. Cianat, compostos orgànics, àcids basats en nitrogen, alcohols, pesticides, compostos orgànics que contenen nitrogen, sofre o fòsfor i orgànics clorats i altres contaminants.
▶Oxidació fotocatalítica
En aquest mètode, un fotocatalitzador (també anomenat fotocatalitzador) produeix un efecte catalític sota la irradiació d’una font de llum d’una longitud d’ona específica, de manera que les molècules d’aigua i l’oxigen circumdants s’exciten per formar ions lliures · OH- i · O2 extremadament actius. grups. La tecnologia d’oxidació fotocatalítica utilitza catalitzadors com TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 i Fe3O4.
El TiO2 és el catalitzador més utilitzat. En la reacció fotocatalítica, l’activitat fotocatalítica del TiO2 es veu afectada principalment per la fase cristal·lina, la mida del gra i la superfície específica. Quan es determina la fase cristal·lina, la mida del gra de cristall i la superfície específica es converteixen en factors importants en la fotocatalisi del TiO2. Com més petita sigui la mida de les partícules, més curt és el temps de difusió dels electrons i forats fotogenerats, i com més gran sigui la superfície específica, més eficaç és l'absorció de la contaminació de l'aigua. La substància per millorar el rendiment fotocatalític. Quan la mida de les partícules del catalitzador arriba al nivell nanomètric, també pot produir un efecte quàntic per millorar la taxa d’absorció de llum i la taxa d’utilització, que és una direcció important de la investigació actual del catalitzador.
L’oxidació fotocatalítica té les característiques de no-toxicitat i de simples condicions de funcionament. La llum ultraviolada, la llum solar simulada i la llum solar es poden utilitzar com a fonts de llum i les condicions naturals (com l’aire) es poden utilitzar com a promotors catalítics. Té una alta activitat, una bona estabilitat i pot produir orgànics. Els contaminants es degraden completament i no hi ha contaminació secundària. En els darrers anys, per aprofitar al màxim la llum natural per degradar diversos contaminants, les persones han fet molta feina per millorar l’activitat catalítica i ampliar el rang de longituds d’ona de la llum d’excitació, que també es coneix com a modificació superficial dels catalitzadors. El dopatge de metalls de transició de TiO2 pot formar nous nivells d'energia modificats dipositant metalls preciosos, ampliant així el seu rang de fotoresposta. Els tractaments de modificació com la fotosensibilització poden millorar el rendiment fotocatalític.
Els camps d’aplicació de l’oxidació fotocatalítica inclouen principalment el tractament d’aigües residuals de colorants, aigües residuals orgàniques d’alta concentració i l’eliminació de micro-contaminants difícils de degradar en la fase avançada de tractament de l’aigua potable. En circumstàncies normals, l’oxidació fotocatalítica TiO2 només es pot dur a terme en la gamma de longituds d’ona de la llum ultraviolada, cosa que limita la popularització i l’aplicació de la tecnologia fotocatalítica. A més, el desenvolupament de reactors d’oxidació fotocatalítica encara és immadur i és difícil aconseguir un processament a gran escala.
▶Oxidació humida
Aquest mètode és un mètode d’oxidació avançat que utilitza oxidants per oxidar la matèria orgànica de les aigües residuals en diòxid de carboni i aigua a alta temperatura i alta pressió, eliminant així els contaminants. El mètode té les característiques d’un ampli rang d’aplicació, alta eficiència del tractament, poques contaminacions secundàries, velocitat d’oxidació ràpida i energia recuperable i materials útils. Al Japó i als Estats Units, aquest tipus de mètode s’ha aplicat a l’enginyeria, és una tecnologia d’avantguarda i té grans perspectives de desenvolupament. Tanmateix, aquest mètode també té un problema, és a dir, es requereix que l’oxidació en humit es faci en condicions d’alta temperatura i alta pressió. El producte intermedi és sovint àcid orgànic, que requereix materials d’alt equipament, catalitzadors cars i només és adequat per a aigües residuals de flux petit i alta concentració ...
Els mètodes d’oxidació en humit inclouen dos tipus: l’oxidació de l’aigua subcrítica i l’oxidació de l’aigua supercrítica. La tecnologia d’oxidació de l’aigua supercrítica es refereix a una nova tecnologia de tractament de residus d’alta eficiència en què l’aigua s’oxida per tractar contaminants orgànics en condicions supercrítiques. Sota una temperatura i una pressió determinades, gairebé tota la matèria orgànica es pot oxidar i descompondre completament en poc temps, cosa que redueix considerablement el temps de tractament d’aigües residuals. El dispositiu de tractament està totalment tancat, cosa que estalvia espai i no té contaminació secundària.
En aigües supercrítiques, la solubilitat de la sal es redueix significativament, mentre que la solubilitat de les substàncies orgàniques s’incrementa significativament. Per exemple, el benzè, l’hexan, el N2, l’O2, etc. poden ser completament miscibles amb l’aigua, provocant canvis de densitat, viscositat i coeficient de difusió. El coeficient de difusió disminueix amb l’augment de la densitat. Com que la tecnologia d’oxidació en humit utilitza temperatura i pressió més altes, la densitat de l’aigua disminueix, el coeficient de difusió es fa més gran i la velocitat de transferència de massa augmenta bruscament.
Els camps d’aplicació de l’oxidació humida inclouen principalment el tractament d’aigües residuals amb pesticides, el tractament d’aigües residuals amb fenol, la impressió i tenyit d’aigües residuals i tractament de fangs, etc. Amb l'ajut del tractament bioquímic, es pot aconseguir l'abocament d'aigües residuals.
La tecnologia avançada d’oxidació pot mineralitzar els contaminants orgànics en diòxid de carboni i aigua. És un procés respectuós amb el medi ambient, però l’elevat cost de processament quan es degraden els contaminants és un" coll d’ampolla" restringint la seva promoció. A la tecnologia d’oxidació avançada de la Xina &, a excepció d’alguns, com el mètode Fenton i la tecnologia d’oxidació de l’ozó que s’ha aplicat en el tractament real de l’aigua, la resta es troba principalment en la fase de proves de laboratori o de proves a petita escala. Només resolent els desavantatges de l’alta inversió i el cost de tractament de la tecnologia avançada d’oxidació, la corrosió greu dels equips i una petita quantitat d’aigua tractada, es pot accelerar la seva aplicació a la indústria real. La direcció de desenvolupament de la tecnologia avançada d’oxidació es pot resumir de la següent manera:
Una d’elles és que algunes tecnologies com la tecnologia d’oxidació fotocatalítica i la tecnologia d’oxidació de l’ozó poden millorar la biodegradabilitat de les aigües residuals, però és difícil i costós tractar les aigües residuals de coc per separat. Es pot combinar amb tecnologia bioquímica per reduir la toxicitat biològica de les aigües residuals de coc i millorar la biodegradabilitat. I, a continuació, utilitzeu mètodes bioquímics de baix consum i alta eficiència per al tractament.
En segon lloc, tecnologies com l’oxidació catalítica per mullat i l’oxidació de l’aigua supercrítica tenen requisits elevats en equipament i costos de processament elevats. Es poden dur a terme investigacions i desenvolupaments especials sobre materials de reactors i catalitzadors de baix cost. En el tractament de les aigües residuals de coc, les aigües residuals difícils de tractar, com l'amoníac restant, no s'han de barrejar amb altres aigües residuals, augmentar la quantitat d'aigües residuals i, a continuació, utilitzar els oxidants avançats esmentats per al tractament.
El tercer és dissenyar un reactor amb una estructura senzilla, alta eficiència, llum natural i funcionament estable a llarg termini, millorar l’eficiència del tractament de la tecnologia d’oxidació fotoquímica i d’oxidació fotocatalítica i combinar-lo amb la coagulació, l’adsorció i altres tecnologies.