高级氧化技术在纺织印染废水处理中的应用论文_黄明晓

高级氧化技术在纺织印染废水处理中的应用论文_黄明晓

广东省东莞市华东环保设备有限公司 523000

摘要:染料废水中含有高浓度难降解有机污染物,一直是工业废水处理的难点。综述了近几年国内外采用湿式氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、 Fenton法、电催化氧化、超临界水氧化技术等高级氧化技术处理染料废水的进展情况,指出了高级氧化技术在染料废水处理中的发展趋势。

关键词:高级氧化;染料废水;废水处理

0前言

随着我国经济的发展,作为支柱产业的纺织行业也迅速发展,导致印染废水的排放量逐年增加,成为我国工业废水的主要类型。印染废水中往往含有大量染料、表面活性剂、浆料等复杂的有机成分,具有水质水量变化大、有机物浓度高、色度大、碱性强等特点。因此印染废水的综合治理已经成为迫切需要解决的水处理问题之一。

印染废水的处理关键的环节是对难降解有机物和色度的去除,目前最常用的处理方法包括化学方法、物理方法、生物方法或几种方法相结合来去除水中的有毒有害物质,包括絮凝沉淀、气浮、膜分离、吸附、掩埋、焚烧等。这些处理方法虽然具有操作容易、设备简单且工艺成熟的优点,但是通常是将有机物转移到气相或固相中,消耗大量化学药剂的同时还会造成一定的二次污染。此外,当前国内外对染料废水的治理仍以传统的生化法为主,物理或化学法为辅。由于印染废水所含有机物可生化性能较差,所以处理效果往往不太理想,不能满足排放标准以及总量控制的要求。

1催化湿式氧化法

催化湿式氧化法(CAWO)是指在高温(125 ℃~320 ℃)、高压(0.5-20 MPa)条件下,以空气中的氧气作为氧化剂(现在也有使用其他氧化剂的,如臭氧、过氧化氢等),在催化剂作用下,氧化水中溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物,使它们分别氧化成 CO 2 、H2O 、N2等无害物质的一种方法。CWAO 能够对高浓度、有毒有害废水进行有效处理的一个决定性因素就是催化剂,CWAO 所使用的催化剂具有以下特征:氧化速度快;非选择性,能实现完全氧化;理化性质稳定;使用寿命长,对废水中的毒物不敏感;机械强度高,耐磨损。刘学文等以CuO为活性组分,采用催化湿式氧化法处理造纸废水,结果表明在最佳条件下,COD的去除率为 90%,色度去除率为 89%。张伟红等利用含Cu、Fe 类水滑石焙烧产物为催化剂研究了水中对硝基苯酚的氧化催化降解行为,其结果表明所制备类水滑石焙烧产物在对硝基苯酚湿式氧化反应中具有良好的催化作用,水中对硝基苯酚的去除率可达 98%。张永利采用催化湿式氧化法处理印染废水,其结果表明 CAWO法处理印染废水,出水COD 、BOD 5 均达到三级标准,色度达到一级标准。

催化湿式氧化法处理废水具有停留时间短、氧化反应速度快、占地面积小、无二次污染,处理效率高、适应范围广等优点,但是湿式氧化一般要求在高温高压的条件下进行,其中间产物往往为有机酸,故对设备材料的要求较高,须耐高温、高压,并耐腐蚀,因此设备费用大,系统的一次性投资较高。

2超声波技术

超声波是指频率比人耳所能听到的频率范围更高的弹性波,具有能力集中、穿透力强、简洁、高效、无二次污染等特点。超声波对有机物的降解不是直接的声波作用,而是和液体中产生的空化气泡的崩灭有密切关系。在空化作用产生的高温、高压下,,水分子裂解产生性质活泼自由基,自由基可在空化气泡周围界面重新组合、或与气相中挥发性溶质反应、或在气泡界面区与可溶性溶质反应,形成最终产物。超声波对混凝具有促进作用,因此超声波将比一般的絮凝效果好,对污染物的去除率高。

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①适用性,目前已尝试用超声技术降解水中污染物有几十种之多,但多为单组分模拟体系,而实际污水中通常含有多种污染物,在此条件下,超声技术能否有效,有待进一步开展研究。

②工程性,目前有关超声辐射降解水中污染物的研究报道大多属于实验室研究阶段。由于声化学反应过程固有的复杂性及降解中间产物难以确定,故在降解机理、物质平衡、反应动力学、反应器设计放大等方面的研究开展的很不充分,缺少定量化放大准则。

③经济性,尽管目前在实验室小型探头式间歇声化学反应器内降解水体中的化学污染物,尤其易挥发有机污染物,已在技术上取得了较为满意的结果,但从经济上考虑,由于其能量利用率低,与其它水处理技术相比,仍存在着处理率低、费用高的问题。

3臭氧氧化法

臭氧是一种强氧化剂,与有机物反应时速度快,使用方便,不产生二次污染,用于污水处理可有效地消毒、除色、除臭、去除有机物和降低 COD 等。但单独的臭氧氧化法造价高、处理成本昂贵,且其氧化反应具有选择性,对某些卤代烃及农药等氧化效果比较差。为此,近年来发展了旨在提高臭氧氧化效率的相关组合技术,其中 UV/O3、H2 O2 /O3、UV/H2 O2 /O3等组合方式不仅可提高氧化速率和效率,而且能够氧化O3单独作用时难以氧化降解的有机物。石枫华等对比研究了O3/H2 O2 与O3/Mn 工艺对硝基苯的去除效果,结果发现,两种工艺均可提高不易被单独臭氧氧化的硝基苯的去除效果。Hayashi等的研究表明,UV/O3体系对有机物的氧化能力比单独使用O3时增强了10 倍以上,UV/O3体系中加入H2 O2 可增加·OH 浓度,进一步提高处理效率。UV/O3系统已成功应用于去除工业废水中的铁氰酸盐、氨基酸、醇类、农药等有机物和垃圾渗滤液的处理,美国环保局将 UV/O3技术列为处理多氯联苯的最佳实用技术。UV/H2 O2 /O3法可提高挥发性有机氯化合物的去除率,使芳香化合物完全矿化。在美国,UV/H2 O2 /O3 水处理法已有了商业应用,最著名的是 US Filter O3/H2 O2 /UV 系统,该系统主要由 UV 氧化反应器、O3 发生器、H2 O2 供给池及催化O3分解单元构成。

由于臭氧在水中的溶解度较低,如何更有效地使臭氧溶于水,提高臭氧的利用效率已成为该技术研究的热点;另外由于臭氧产生效率低、耗能大,研制高效低能耗的臭氧发生装置也成为当前要解决的关键问题。

4超临界水氧化技术

超临界流体具有类似液体的密度、溶解能力和良好流动性,同时又具有类似气体的扩散系数和低粘度。大多数有机化合物和氧都能溶解在超临界水中,形成一个有机物氧化的良好环境。而将废水含有的有机物在超临界状态下用氧化剂或催化剂氧化分解去除的方法即被称为超临界水氧化法。用超临界水氧化法来处理污染物很强的高浓度有机废水能使有毒有害的有机物质完全转化,同时还可回收其氧化分解时所释放出的热能。除了处理难生物降解的有毒有机废水之外,SCWO 技术还将用于处理污水厂的过剩污泥、有毒固体废物等。褚旅云等采用超临界水氧化法对高含量印染废水进行试验研究,结果表明,在最佳实验条件下,经处理的废水COD 为 47 mg/L,达到 GB8978-96 规定的一级排放标准,去除率达到了 99.8%。Stendahl K利用 SCWO 技术从污泥中回收磷酸盐,90 % 以上的磷以磷酸钠的形式从污泥中分离出来。Douglas用 SCWO 法进行废旧聚苯乙烯塑料降解,结果表明完全反应的最终产物为二氧化碳和水。

一般超临界水氧化对于超临界流体条件要求严格:化学性质稳定,对装置没有腐蚀性;临界温度接近室温或者接近于反应操作温度,太低和太高都不合适;临界压力要低,以便减少动力费,使成本尽可能降低;要有较高的溶解度,以便减少溶剂循环量;要有较高的选择性,以便能够制得高纯度产品;价格便宜,来源方便。

5结论

高级氧化技术作为今年来新兴的水处理技术,在废水污染物降解过程中有降解效率高、适用范围广、降解彻底等特点,尤其是对一些有毒有害难降解有机物的处理具有其一定的优势。由于印染废水的特殊性,单独使用高级氧化技术处理印染废水往往受到一定的限制,可以使用高级氧化技术对废水进行预处理或深度处理,结合一些生物法或其他方法联合处理印染废水,达到经济高效的目的;此外,可以从氧化反应的机理着手,提高自由基的产生率和利用率,提高反应效率及出水水质。

参考文献:

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论文作者:黄明晓

论文发表刊物:《基层建设》2016年14期

论文发表时间:2016/11/2

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