Die rasante Entwicklung der Eisen- und Stahlindustrie hat eine große Menge an schwer zu behandelnden Industrieabwässern erzeugt, insbesondere Kokereiabwässer, die eine große Menge giftiger, schädlicher und schwer abbaubarer hochkonzentrierter organischer Stoffe enthalten. Es hat die Eigenschaften einer komplexen Zusammensetzung und großen Veränderungen der Wasserqualität und des Wasservolumens. Die Behandlung von Kokereiabwässern bereitet den Menschen zunehmend Sorgen. Beachten. Die Behandlung von Kokereiabwässern erfolgt derzeit hauptsächlich durch traditionelle biologische Behandlungsverfahren, Flockungs- und Koagulationsverfahren sowie durch Adsorptionsverfahren. Das Koksabwasser ist schlecht biologisch abbaubar und muss vor der biochemischen Behandlung in großen Mengen verdünnt werden. Da außerdem der biochemische Abwasser-CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) und der Ammoniak-Stickstoff-Gehalt schwer gleichzeitig den Standard erfüllen, muss es weiter behandelt werden. Einige fortschrittliche Behandlungstechnologien haben jedoch hohe Verarbeitungskosten, und es ist schwierig, einige giftige und schädliche Substanzen vollständig abzubauen, und sie sind anfällig für Sekundärverschmutzung. Aufgrund des aktuellen Stands der Kokereiabwasserbehandlung ist es dringend erforderlich, effiziente und umweltfreundliche Behandlungstechnologien zu untersuchen.
Advanced Oxidation Process (AOPs) nutzt die im Reaktionssystem erzeugten extrem aktiven Hydroxylradikale (·OH), um organische Schadstoffmoleküle anzugreifen und schließlich organische Schadstoffe zu CO2, H2O und anderen ungiftigen zu oxidieren freundliche und effiziente Abwasserreinigungstechnik. Gegenwärtig umfassen fortschrittliche Oxidationstechnologien hauptsächlich chemische Oxidation, photochemische Oxidation, photokatalytische Oxidation, nasskatalytische Oxidation usw. Da AOPs die Vorteile einer starken Oxidation und einer einfachen Steuerung der Betriebsbedingungen aufweisen, haben sie in den letzten Jahren immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
▶Chemische Oxidation
Dieses Verfahren verwendet chemische Oxidationsmittel, um flüssige oder gasförmige anorganische oder organische Stoffe in leicht giftige oder ungiftige Stoffe umzuwandeln oder sie in leicht trennbare Formen umzuwandeln. Üblicherweise verwendete Oxidationsmittel auf dem Gebiet der Wasseraufbereitung sind Ozon, Wasserstoffperoxid, Kaliumpermanganat und dergleichen. Bei der Phenol-Abwasserbehandlung wird am häufigsten mit Ozon und Wasserstoffperoxid gearbeitet.
Derzeit verwenden viele Länder der Welt Ozon zur Desinfektion, insbesondere in Europa wird Ozon zur Wasseraufbereitung in Wasseranlagen verwendet. Fügen Sie dem Ozonoxidationssystem feste Katalysatoren wie Aktivkohle mit einer großen Oberfläche hinzu. Ozon und Aktivkohle werden gleichzeitig verwendet, um eine katalytische Rolle zu spielen und können die niedermolekularen Produkte nach der Ozonoxidation absorbieren. Beides zusammen erhöht den OH- in der Lösung. Es hat einen synergistischen Effekt, um mehr Hydroxylradikale zu erzeugen.
Wasserstoffperoxid ist ein starkes Oxidationsmittel. Es hat eine schnelle Oxidationsreaktion in einer alkalischen Lösung und bringt keine Verunreinigungsionen in die Reaktionslösung. Daher wird es gut bei der Behandlung einer Vielzahl von organischen oder anorganischen Schadstoffen verwendet. Wasserstoffperoxid wird seit langem zur Entfernung von CSB aus Industrieabwässern eingesetzt. Obwohl der Preis für die chemische Oxidation zur Abwasserbehandlung höher ist als bei herkömmlichen physikalischen und biologischen Methoden, hat diese Methode im Vergleich zu anderen Behandlungsmethoden, z. B. toxischen, unersetzliche Auswirkungen. Vorfaulung von gefährlichem oder nicht biologisch abbaubarem Abwasser, Vorbehandlung von hochkonzentriertem/geringem Abwasser usw. Die Wirkung der alleinigen Verwendung von Wasserstoffperoxid zum Abbau hochkonzentrierter stabiler feuerfester Verbindungen ist nicht gut. Sie kann durch die Verwendung von Übergangsmetallsalzen verbessert werden. Die gebräuchlichste Methode ist die Verwendung von Eisensalzen zur Aktivierung.
▶Fenton's Reagenzmethode.
Das Fenton-Reagenz, das aus löslichem Eisensalz und Wasserstoffperoxid in einem bestimmten Verhältnis gemischt besteht, kann viele organische Moleküle oxidieren, und das System erfordert keine hohen Temperaturen und keinen hohen Druck. Das Fe2+ im Reagens kann die Zersetzung von Wasserstoffperoxid initiieren und fördern, wodurch Hydroxylradikale erzeugt werden. Einige giftige und schädliche Substanzen wie Phenol, Chlorphenol, Chlorbenzol und Nitrophenol können auch durch Fenton's Reagenz und Fenton-ähnliches Reagenz oxidiert werden.
Die Kombination von Wasserstoffperoxid und Ozon und die Kombination von Wasserstoffperoxid und Ultraviolett werden als Fenton-ähnliche Technologie bezeichnet und ihr Prinzip ist im Wesentlichen das gleiche wie bei der Fenton-Technologie.
▶Photochemische Oxidation
Bei dieser Methode handelt es sich um eine chemische Reaktion, die unter Lichteinwirkung durchgeführt wird. Es erfordert, dass Moleküle elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlänge absorbieren und angeregt werden, einen angeregten molekularen Zustand zu erzeugen und dann chemisch in einen anderen stabilen Zustand überzugehen oder ein Zwischenprodukt zu werden, das eine thermische Reaktion auslöst. Die Zersetzungswirkung einfacher ultravioletter Lichtstrahlung ist schwach. Durch die Zugabe einer geeigneten Menge an Oxidationsmitteln (wie H2O2, O3 etc.) in das UV-Licht-Oxidationsverfahren kann die Abwasserreinigungswirkung deutlich optimiert und die Abbaugeschwindigkeit beschleunigt werden. Es gibt zwei Arten des Photoabbaus von organischem Material: der direkte Photoabbau und der indirekte Photoabbau. Ersteres bezieht sich auf die direkte Reaktion von Molekülen organischer Substanz mit Substanzen in der Umgebung nach Absorption von Lichtenergie; Letzteres bezieht sich auf bestimmte Substanzen, die in der organischen Umgebung vorkommen. Der Prozess, Lichtenergie in einen angeregten Zustand zu absorbieren und dann die Reaktion von organischem Material und Schadstoffen auszulösen. Unter ihnen ist der indirekte Lichtabbau von organischem Material wichtiger.
Der Wellenlängenbereich, der bei der photochemischen Oxidationsmethode verwendet werden kann, beträgt 200 nm bis 700 nm, dh der Bereich von ultraviolettem Licht und sichtbarem Licht. Die photochemische Oxidation hat Anwendungen in der Luftreinhaltung und Abwasserbehandlung. Es kann je nach Art der Oxidationsmittel in UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton und andere Systeme unterteilt werden. Unabhängig vom System bauen photochemische Reaktionen im Allgemeinen organische Stoffe ab, indem sie Hydroxylradikale erzeugen.
Im UV/O3-System zersetzt sich beispielsweise das Ozon in flüssiger Phase unter ultravioletter Strahlung, um Hydroxylradikale zu erzeugen, und die UV-Absorptionsrate erreicht das Maximum bei 253,7 nm, die die meisten organischen Stoffe zu CO2 und Wasser oxidieren kann und verwendet wird zur Behandlung von Eisen in Industrieabwässern. Cyanat, organische Verbindungen, auf Stickstoff basierende Säuren, Alkohole, Pestizide, organische Verbindungen, die Stickstoff, Schwefel oder Phosphor enthalten, sowie chlorierte organische Stoffe und andere Schadstoffe.
▶Photokatalytische Oxidation
Bei diesem Verfahren erzeugt ein Photokatalysator (auch Photokatalysator genannt) unter Einstrahlung einer Lichtquelle einer bestimmten Wellenlänge einen katalytischen Effekt, so dass die umgebenden Wassermoleküle und Sauerstoff zu extrem aktiven ·OH- und ·O2-freien Ionen angeregt werden Gruppen. Die photokatalytische Oxidationstechnologie verwendet Katalysatoren wie TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 und Fe3O4.
TiO2 ist der am häufigsten verwendete Katalysator. Bei der photokatalytischen Reaktion wird die photokatalytische Aktivität von TiO2 hauptsächlich von der Kristallphase, der Korngröße und der spezifischen Oberfläche beeinflusst. Bei der Bestimmung der Kristallphase werden die Kristallkorngröße und die spezifische Oberfläche zu wichtigen Faktoren bei der Photokatalyse von TiO2. Je kleiner die Partikelgröße ist, desto kürzer ist die Diffusionszeit der durch Licht erzeugten Elektronen und Löcher und je größer die spezifische Oberfläche, desto effektiver ist es, Verschmutzungen im Wasser zu absorbieren. Der Stoff zur Verbesserung der photokatalytischen Leistung. Wenn die Katalysatorpartikelgröße den Nanometerbereich erreicht, kann dies auch einen Quanteneffekt erzeugen, um die Lichtabsorptionsrate und die Nutzungsrate zu verbessern, was eine wichtige Richtung der aktuellen Katalysatorforschung ist.
Die photokatalytische Oxidation hat die Eigenschaften der Ungiftigkeit und der einfachen Betriebsbedingungen. Als Lichtquellen können ultraviolettes Licht, simuliertes Sonnenlicht und Sonnenlicht und als katalytische Promotoren natürliche Bedingungen (wie Luft) verwendet werden. Es hat eine hohe Aktivität, gute Stabilität und kann organische Schadstoffe werden vollständig abgebaut und es gibt keine Sekundärverschmutzung. Um das natürliche Licht zum Abbau verschiedener Schadstoffe voll auszunutzen, wurde in den letzten Jahren viel daran gearbeitet, die katalytische Aktivität zu verbessern und den Wellenlängenbereich des Anregungslichts zu erweitern, was auch als Oberflächenmodifizierung von Katalysatoren bekannt ist. Die Übergangsmetalldotierung von TiO2 kann durch die Abscheidung von Edelmetallen neue modifizierte Energieniveaus bilden, wodurch der Photoreaktionsbereich erweitert wird. Modifizierungsbehandlungen wie Photosensibilisierung können die photokatalytische Leistung verbessern.
Zu den Anwendungsfeldern der photokatalytischen Oxidation zählen vor allem die Behandlung von Farbstoffabwässern, hochkonzentrierten organischen Abwässern und die Entfernung schwer abbaubarer Mikroverunreinigungen in der Trinkwasseraufbereitung. Unter normalen Umständen kann die photokatalytische TiO2-Oxidation nur im Wellenlängenbereich des ultravioletten Lichts durchgeführt werden, was die Popularisierung und Anwendung der photokatalytischen Technologie einschränkt. Darüber hinaus ist die Entwicklung von photokatalytischen Oxidationsreaktoren noch unausgereift, und es ist schwierig, eine großtechnische Verarbeitung zu erreichen.
▶Nassoxidation
Diese Methode ist eine fortschrittliche Oxidationsmethode, die Oxidationsmittel verwendet, um organische Stoffe im Abwasser unter hoher Temperatur und hohem Druck zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren und dadurch Schadstoffe zu entfernen. Das Verfahren zeichnet sich durch einen breiten Anwendungsbereich, hohe Behandlungseffizienz, geringe Sekundärverschmutzung, schnelle Oxidationsrate und rückgewinnbare Energie und Wertstoffe aus. In Japan und den Vereinigten Staaten wird diese Art von Methode im Ingenieurwesen angewendet, ist Spitzentechnologie und hat breite Entwicklungsperspektiven. Dieses Verfahren weist jedoch auch ein Problem auf, das heißt, die Nassoxidation muss im Allgemeinen unter Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen durchgeführt werden. Das Zwischenprodukt ist oft organische Säure, die hohe Ausrüstungsmaterialien und teure Katalysatoren erfordert und nur für Abwasser mit geringem Durchfluss und hoher Konzentration geeignet ist...
Nassoxidationsverfahren umfassen zwei Arten: unterkritische Wasseroxidation und überkritische Wasseroxidation. Die überkritische Wasseroxidationstechnologie bezieht sich auf eine neue und hocheffiziente Abfallbehandlungstechnologie, bei der Wasser oxidiert wird, um organische Schadstoffe unter überkritischen Bedingungen zu behandeln. Unter einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck können fast alle organischen Stoffe in kurzer Zeit vollständig oxidiert und zersetzt werden, was die Abwasserbehandlungszeit stark verkürzt. Das Behandlungsgerät ist komplett gekapselt, das spart Platz und weist keine Sekundärverschmutzung auf.
In überkritischem Wasser wird die Löslichkeit von Salz deutlich reduziert, während die Löslichkeit von organischen Stoffen deutlich erhöht wird. Beispielsweise können Benzol, Hexan, N2, O2 usw. vollständig mit Wasser mischbar sein, was zu Veränderungen der Dichte, Viskosität und des Diffusionskoeffizienten führt. Der Diffusionskoeffizient nimmt mit zunehmender Dichte ab. Da die Nassoxidationstechnologie höhere Temperaturen und Drücke verwendet, nimmt die Dichte des Wassers ab, der Diffusionskoeffizient wird größer und die Stoffübertragungsgeschwindigkeit steigt stark an.
Die Anwendungsgebiete der Nassoxidation umfassen hauptsächlich Pestizid-Abwasserbehandlung, Phenol-Abwasserbehandlung, Druck- und Färbeabwasser und Schlammbehandlung usw. Nachdem das oben erwähnte Abwasser durch Nassoxidation behandelt wurde, wird die Toxizität stark reduziert und die biologische Abbaubarkeit wird ebenfalls verbessert. Mit Hilfe der biochemischen Behandlung kann die Einleitung von Abwasser erreicht werden.
Fortschrittliche Oxidationstechnologie kann organische Schadstoffe zu Kohlendioxid und Wasser mineralisieren. Es ist ein umweltfreundliches Verfahren, aber der hohe Verarbeitungsaufwand beim Schadstoffabbau ist ein"Flaschenhals" seine Förderung einzuschränken. In Chinas fortschrittlicher Oxidationstechnologie, mit Ausnahme einiger weniger wie der Fenton-Methode und der Ozonoxidationstechnologie, die in der tatsächlichen Wasseraufbereitung angewendet wurden, befinden sich die übrigen hauptsächlich in der Laborforschung oder im kleinen Teststadium. Nur durch die Beseitigung der Nachteile der hohen Investitions- und Behandlungskosten der fortschrittlichen Oxidationstechnologie, der ernsthaften Korrosion der Ausrüstung und einer geringen Menge an aufbereitetem Wasser kann ihre Anwendung in der tatsächlichen Industrie beschleunigt werden. Die Entwicklungsrichtung der fortschrittlichen Oxidationstechnologie lässt sich wie folgt zusammenfassen:
Einer davon ist, dass einige Technologien wie die photokatalytische Oxidationstechnologie und die Ozonoxidationstechnologie die biologische Abbaubarkeit von Abwasser verbessern können, aber es ist schwierig und kostspielig, Koksabwasser getrennt zu behandeln. Es kann mit biochemischer Technologie kombiniert werden, um die biologische Toxizität von Kokereiabwässern zu reduzieren und die biologische Abbaubarkeit zu verbessern. , Und dann verbrauchsarme und hocheffiziente biochemische Methoden zur Behandlung verwenden.
Zweitens haben Technologien wie die katalytische Nassoxidation und die überkritische Wasseroxidation hohe Anforderungen an die Ausrüstung und hohe Verarbeitungskosten. Spezielle Forschung und Entwicklung können für Reaktormaterialien und kostengünstige Katalysatoren durchgeführt werden. Bei der Behandlung von Kokereiabwässern sollte das schwer zu behandelnde Abwasser, wie beispielsweise restliches Ammoniak, nicht mit anderem Abwasser vermischt werden, die Abwassermenge erhöhen und dann die oben genannten fortschrittlichen Oxidationsmittel zur Behandlung verwenden.
Die dritte besteht darin, einen Reaktor mit einfacher Struktur, hoher Effizienz, natürlichem Licht und langzeitstabilem Betrieb zu entwerfen, die Behandlungseffizienz der photochemischen Oxidations- und photokatalytischen Oxidationstechnologie zu verbessern und sie mit Koagulations-, Adsorptions- und anderen Technologien zu kombinieren.