Il rapido sviluppo dell'industria siderurgica ha prodotto una grande quantità di acque reflue industriali difficili da trattare, in particolare le acque reflue di coke, che contengono una grande quantità di materia organica ad alta concentrazione tossica, nociva e difficile da degradare. Ha le caratteristiche di composizione complessa e grandi cambiamenti nella qualità e nel volume dell'acqua. Il trattamento delle acque reflue da coke è sempre più preoccupante per le persone. Presta attenzione a. Attualmente, il trattamento delle acque reflue di coke è principalmente metodi di trattamento biologico tradizionali, metodi di flocculazione e coagulazione e metodi di adsorbimento. Le acque reflue del coke hanno una scarsa biodegradabilità e devono essere diluite in grandi quantità prima del trattamento biochimico. Inoltre, dopo che l'effluente biochimico COD (domanda chimica di ossigeno) e il contenuto di azoto ammoniacale sono difficili da soddisfare contemporaneamente allo standard, deve essere ulteriormente trattato. Tuttavia, alcune tecnologie di trattamento avanzate hanno costi di elaborazione elevati ed è difficile degradare completamente alcune sostanze tossiche e nocive e sono soggette a inquinamento secondario. Sulla base dello stato attuale del trattamento delle acque reflue da coke, è molto necessario studiare tecnologie di trattamento efficienti ed ecocompatibili.
Il processo di ossidazione avanzato (AOP) utilizza i radicali idrossilici estremamente attivi (·OH) generati nel sistema di reazione per attaccare le molecole di inquinanti organici e infine ossidare gli inquinanti organici in CO2, H2O e altri non tossici La piccola molecola di acido è verde, ecologicamente tecnologia di trattamento delle acque reflue amichevole ed efficiente. Al momento, le tecnologie di ossidazione avanzate includono principalmente l'ossidazione chimica, l'ossidazione fotochimica, l'ossidazione fotocatalitica, l'ossidazione catalitica umida, ecc. Poiché gli AOP hanno i vantaggi di una forte ossidazione e di un facile controllo delle condizioni operative, hanno attirato sempre più attenzione negli ultimi anni.
▶Ossidazione chimica
Questo metodo utilizza ossidanti chimici per convertire sostanze inorganiche o organiche liquide o gassose in sostanze leggermente velenose o non tossiche o convertirle in forme facilmente separabili. Gli ossidanti comunemente usati nel campo del trattamento delle acque sono ozono, perossido di idrogeno, permanganato di potassio e simili. Nel processo di trattamento delle acque reflue fenoliche, l'applicazione di ozono e perossido di idrogeno è la più comune.
Attualmente, molti paesi nel mondo hanno utilizzato l'ozono per la disinfezione, soprattutto in Europa, l'ozono viene utilizzato nel trattamento delle acque negli impianti idrici. Aggiungere catalizzatori solidi al sistema di ossidazione dell'ozono, come il carbone attivo con un'ampia superficie. L'ozono e il carbone attivo vengono utilizzati contemporaneamente per svolgere un ruolo catalitico e possono assorbire i prodotti delle piccole molecole dopo l'ossidazione dell'ozono. I due aumentano congiuntamente l'OH- nella soluzione. Ha un effetto sinergico per generare più radicali idrossilici.
Il perossido di idrogeno è un forte ossidante. Ha una rapida reazione di ossidazione in una soluzione alcalina e non porterà ioni di impurità alla soluzione di reazione. Pertanto, è ben utilizzato nel trattamento di una varietà di inquinanti organici o inorganici. Il perossido di idrogeno è stato utilizzato per lungo tempo per rimuovere il COD nelle acque reflue industriali. Sebbene il prezzo dell'utilizzo dell'ossidazione chimica per il trattamento delle acque reflue sia superiore ai normali metodi fisici e biologici, questo metodo ha effetti insostituibili con altri metodi di trattamento, come quelli tossici. Pre-digestione di acque reflue pericolose o non biodegradabili, pretrattamento di acque reflue ad alta concentrazione/basso flusso, ecc. L'effetto dell'uso del solo perossido di idrogeno per degradare i composti refrattari stabili ad alta concentrazione non è buono. Può essere migliorato utilizzando sali di metalli di transizione. Il metodo più comune consiste nell'utilizzare sali di ferro per attivare.
▶Metodo del reagente di Fenton'.
Il reagente di Fenton, che è composto da sale ferroso solubile e perossido di idrogeno miscelati in un certo rapporto, può ossidare molte molecole organiche e il sistema non richiede alta temperatura e alta pressione. Il Fe2+ nel reagente può avviare e promuovere la decomposizione del perossido di idrogeno, generando così radicali idrossilici. Alcune sostanze tossiche e nocive come fenolo, clorofenolo, clorobenzene e nitrofenolo possono anche essere ossidate dal reagente di Fenton's e dal reagente simile a Fenton.
La combinazione di perossido di idrogeno e ozono e la combinazione di perossido di idrogeno e ultravioletti sono chiamate tecnologia simile a Fenton e il suo principio è sostanzialmente lo stesso della tecnologia Fenton.
▶Ossidazione fotochimica
Questo metodo è una reazione chimica eseguita sotto l'azione della luce. Richiede che le molecole assorbano la radiazione elettromagnetica di una lunghezza d'onda specifica e siano eccitate per produrre uno stato eccitato molecolare, e quindi passare chimicamente a un altro stato stabile o diventare un prodotto intermedio che avvia una reazione termica. L'effetto di decomposizione della semplice radiazione di luce ultravioletta è debole. Introducendo una quantità appropriata di ossidanti (come H2O2, O3, ecc.) nel metodo di ossidazione a luce ultravioletta, l'effetto del trattamento delle acque reflue può essere significativamente ottimizzato e il tasso di degradazione può essere accelerato. Esistono due modi di fotodegradazione della materia organica: fotodegradazione diretta e fotodegradazione indiretta. Il primo si riferisce alla reazione diretta delle molecole di materia organica con le sostanze nell'ambiente circostante dopo aver assorbito l'energia luminosa; quest'ultimo si riferisce a determinate sostanze esistenti nell'ambiente organico Il processo di assorbimento dell'energia luminosa in uno stato eccitato e quindi di induzione della reazione della materia organica e degli inquinanti. Tra questi, è più importante la degradazione indiretta della materia organica da parte della luce.
L'intervallo di lunghezze d'onda che può essere utilizzato nel metodo di ossidazione fotochimica è 200 nm ~ 700 nm, ovvero l'intervallo della luce ultravioletta e della luce visibile. L'ossidazione fotochimica ha applicazioni nel controllo dell'inquinamento atmosferico e nel trattamento delle acque reflue. Può essere suddiviso in UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton e altri sistemi a seconda dei tipi di ossidanti. Indipendentemente dal sistema, le reazioni fotochimiche generalmente degradano le sostanze organiche generando radicali idrossilici.
Ad esempio, nel sistema UV/O3, l'ozono in fase liquida si decompone per produrre radicali idrossilici sotto la radiazione ultravioletta e il tasso di assorbimento dell'ultravioletto raggiunge il massimo a 253,7 nm, che può ossidare la maggior parte della materia organica in CO2 e acqua, e viene utilizzato per trattare il ferro nelle acque reflue industriali. Cianato, composti organici, acidi a base di azoto, alcoli, pesticidi, composti organici contenenti azoto, zolfo o fosforo, composti organici clorurati e altri inquinanti.
▶Ossidazione fotocatalitica
In questo metodo, un fotocatalizzatore (chiamato anche fotocatalizzatore) produce un effetto catalitico sotto l'irradiazione di una sorgente luminosa di una specifica lunghezza d'onda, in modo che le molecole d'acqua e l'ossigeno circostanti siano eccitati per formare ioni liberi ·OH- e ·O2 estremamente attivi gruppi. La tecnologia di ossidazione fotocatalitica utilizza catalizzatori come TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 e Fe3O4.
TiO2 è il catalizzatore più comunemente usato. Nella reazione fotocatalitica, l'attività fotocatalitica del TiO2 è principalmente influenzata dalla fase cristallina, dalla dimensione dei grani e dall'area superficiale specifica. Quando viene determinata la fase cristallina, la granulometria del cristallo e l'area superficiale specifica diventano fattori importanti nella fotocatalisi del TiO2. Più piccola è la dimensione delle particelle, più breve è il tempo di diffusione degli elettroni e dei buchi fotogenerati e più grande è la superficie specifica, più efficace è l'assorbimento dell'inquinamento nell'acqua. La sostanza per migliorare le prestazioni fotocatalitiche. Quando la dimensione delle particelle del catalizzatore raggiunge il livello nanometrico, può anche produrre un effetto quantico per migliorare il tasso di assorbimento della luce e il tasso di utilizzo, che è una direzione importante dell'attuale ricerca sui catalizzatori.
L'ossidazione fotocatalitica ha le caratteristiche di atossicità e condizioni operative semplici. La luce ultravioletta, la luce solare simulata e la luce solare possono essere utilizzate come sorgenti luminose e le condizioni naturali (come l'aria) possono essere utilizzate come promotori catalitici. Ha alta attività, buona stabilità e può rendere organico Gli inquinanti sono completamente degradati e non c'è inquinamento secondario. Negli ultimi anni, al fine di sfruttare appieno la luce naturale per degradare vari inquinanti, le persone hanno lavorato molto per migliorare l'attività catalitica e ampliare la gamma di lunghezze d'onda della luce di eccitazione, nota anche come modifica superficiale dei catalizzatori. Il drogaggio del TiO2 con metalli di transizione può formare nuovi livelli energetici modificati depositando metalli preziosi, ampliando così la sua gamma di fotorisposta. Trattamenti di modifica come la fotosensibilizzazione possono migliorare le prestazioni fotocatalitiche.
I campi di applicazione dell'ossidazione fotocatalitica comprendono principalmente il trattamento di acque reflue coloranti, acque reflue organiche ad alta concentrazione e la rimozione di microinquinanti di difficile degradazione nella fase di trattamento avanzato dell'acqua potabile. In circostanze normali, l'ossidazione fotocatalitica del TiO2 può essere eseguita solo nella gamma di lunghezze d'onda della luce ultravioletta, il che limita la divulgazione e l'applicazione della tecnologia fotocatalitica. Inoltre, lo sviluppo di reattori di ossidazione fotocatalitica è ancora immaturo ed è difficile ottenere un'elaborazione su larga scala.
▶Ossidazione a umido
Questo metodo è un metodo di ossidazione avanzato che utilizza ossidanti per ossidare la materia organica nelle acque reflue in anidride carbonica e acqua ad alta temperatura e alta pressione, rimuovendo così gli inquinanti. Il metodo ha le caratteristiche di un'ampia gamma di applicazioni, elevata efficienza di trattamento, pochi inquinanti secondari, velocità di ossidazione rapida, energia recuperabile e materiali utili. In Giappone e negli Stati Uniti, questo tipo di metodo è stato applicato in ingegneria, è una tecnologia all'avanguardia e ha ampie prospettive di sviluppo. Tuttavia, questo metodo presenta anche un problema, cioè, l'ossidazione a umido è generalmente richiesta per essere eseguita in condizioni di alta temperatura e alta pressione. Il prodotto intermedio è spesso acido organico, che richiede materiali ad alta attrezzatura, catalizzatori costosi ed è adatto solo per acque reflue a flusso ridotto e ad alta concentrazione...
I metodi di ossidazione a umido includono due tipi: ossidazione subcritica dell'acqua e ossidazione supercritica dell'acqua. La tecnologia di ossidazione dell'acqua supercritica si riferisce a una nuova tecnologia di trattamento dei rifiuti ad alta efficienza in cui l'acqua viene ossidata per trattare gli inquinanti organici in condizioni supercritiche. Sotto una certa temperatura e pressione, quasi tutta la materia organica può essere completamente ossidata e decomposta in breve tempo, il che riduce notevolmente il tempo di trattamento delle acque reflue. Il dispositivo di trattamento è completamente chiuso, il che consente di risparmiare spazio e non ha inquinamento secondario.
Nell'acqua supercritica, la solubilità del sale è significativamente ridotta, mentre la solubilità delle sostanze organiche è notevolmente aumentata. Ad esempio, benzene, esano, N2, O2, ecc. possono essere completamente miscibili con l'acqua, causando variazioni di densità, viscosità e coefficiente di diffusione. Il coefficiente di diffusione diminuisce con l'aumento della densità. Poiché la tecnologia di ossidazione a umido utilizza temperature e pressioni più elevate, la densità dell'acqua diminuisce, il coefficiente di diffusione aumenta e la velocità di trasferimento di massa aumenta notevolmente.
I campi di applicazione dell'ossidazione a umido includono principalmente il trattamento delle acque reflue con pesticidi, il trattamento delle acque reflue con fenolo, le acque reflue di stampa e tintura e il trattamento dei fanghi, ecc. Dopo che le suddette acque reflue sono state trattate mediante ossidazione a umido, la tossicità è notevolmente ridotta e anche la biodegradabilità è migliorata. Con l'aiuto del trattamento biochimico, è possibile ottenere lo scarico delle acque reflue.
La tecnologia avanzata di ossidazione può mineralizzare gli inquinanti organici in anidride carbonica e acqua. È un processo rispettoso dell'ambiente, ma l'alto costo di lavorazione durante la degradazione degli inquinanti è un"collo di bottiglia" limitandone la promozione. Nella tecnologia di ossidazione avanzata della Cina'eccetto alcuni come il metodo Fenton e la tecnologia di ossidazione dell'ozono che è stata applicata nel trattamento dell'acqua reale, il resto è per lo più nella ricerca di laboratorio o nella fase di test su piccola scala. Solo risolvendo gli svantaggi dell'elevato investimento e dei costi di trattamento della tecnologia avanzata di ossidazione, della grave corrosione delle apparecchiature e di una piccola quantità di acqua trattata, è possibile accelerare la sua applicazione nell'industria attuale. La direzione di sviluppo della tecnologia di ossidazione avanzata può essere riassunta come segue:
Uno è che alcune tecnologie come la tecnologia di ossidazione fotocatalitica e la tecnologia di ossidazione dell'ozono possono migliorare la biodegradabilità delle acque reflue, ma è difficile e costoso trattare separatamente le acque reflue di coke. Può essere combinato con la tecnologia biochimica per ridurre la tossicità biologica delle acque reflue di coke e migliorare la biodegradabilità. , E quindi utilizzare metodi biochimici a basso consumo e ad alta efficienza per il trattamento.
In secondo luogo, le tecnologie come l'ossidazione catalitica umida e l'ossidazione con acqua supercritica hanno requisiti elevati per le apparecchiature e costi di lavorazione elevati. È possibile svolgere attività di ricerca e sviluppo speciali per materiali per reattori e catalizzatori a basso costo. Nel trattamento delle acque reflue di coke, le acque reflue difficili da trattare, come l'ammoniaca rimanente, non devono essere mescolate con altre acque reflue, aumentare la quantità di acque reflue e quindi utilizzare i suddetti ossidanti avanzati per il trattamento.
Il terzo è progettare un reattore con una struttura semplice, alta efficienza, luce naturale e funzionamento stabile a lungo termine, migliorare l'efficienza del trattamento dell'ossidazione fotochimica e della tecnologia di ossidazione fotocatalitica e combinarla con la coagulazione, l'adsorbimento e altre tecnologie.