Brz razvoj industrije željeza i čelika proizveo je veliku količinu teško obradivih industrijskih otpadnih voda, posebno otpadnih voda iz koksa, koje sadrže veliku količinu otrovnih, štetnih i teško razgradivih organskih tvari visoke koncentracije. Ima karakteristike složenog sastava i velikih promjena u kvaliteti i zapremini vode. Tretiranje koksnih otpadnih voda sve više izaziva zabrinutost ljudi. Obratite pažnju na. Trenutno se pročišćavanje koksnih otpadnih voda uglavnom koristi tradicionalnim metodama biološkog pročišćavanja, metodama flokulacije i koagulacije te adsorpcijskim metodama. Otpadne vode za koksanje imaju lošu biorazgradivost i potrebno ih je razrijediti u velikoj količini prije biokemijskog tretmana. Štoviše, nakon što biohemijski otpadni otpad (kemijska potrošnja kisika) i sadržaj dušika amonijaka teško zadovolje standard u isto vrijeme, potrebno ga je dodatno tretirati. Međutim, neke napredne tehnologije obrade imaju visoke troškove prerade, pa je teško potpuno razgraditi neke otrovne i štetne tvari, te su sklone sekundarnom zagađenju. Na osnovu trenutnog statusa prečišćavanja otpadnih voda od koksa, vrlo je potrebno proučiti efikasne i ekološki prihvatljive tehnologije prečišćavanja.
Napredni proces oksidacije (AOP) koristi izuzetno aktivne hidroksilne radikale (· OH) nastale u reakcijskom sistemu za napad na molekule organskih zagađivača, te na kraju oksidira organske zagađivače u CO2, H2O i druge netoksične kiseline. Kiselina malih molekula je zelena, ekološki prihvatljiva prijateljska i efikasna tehnologija prečišćavanja otpadnih voda. Trenutno napredne oksidacijske tehnologije uglavnom uključuju kemijsku oksidaciju, fotokemijsku oksidaciju, fotokatalitičku oksidaciju, mokru katalitičku oksidaciju itd. Budući da AOP -ovi imaju prednosti snažne oksidacije i jednostavne kontrole radnih uvjeta, posljednjih godina privlače sve veću pozornost.
▶ Hemijska oksidacija
Ova metoda koristi kemijske oksidante za pretvaranje tekućih ili plinovitih anorganskih ili organskih tvari u blago otrovne ili netoksične tvari ili ih pretvara u lako odvojive oblike. Najčešće korišteni oksidanti u području prečišćavanja vode su ozon, vodikov peroksid, kalijev permanganat i slično. U procesu pročišćavanja fenolnih otpadnih voda najčešća je primjena ozona i vodikovog peroksida.
Trenutno su mnoge zemlje u svijetu koristile ozon za dezinfekciju, posebno u Europi, ozon se koristi za prečišćavanje vode u vodenim postrojenjima. U sistem oksidacije ozona dodajte čvrste katalizatore, poput aktivnog ugljena velike površine. Ozon i aktivni ugljen istovremeno se koriste za katalitičku ulogu i mogu apsorbirati proizvode malih molekula nakon oksidacije ozona. Njih dvoje zajedno povećavaju OH- u otopini. Ima sinergijski učinak za stvaranje više hidroksilnih radikala.
Vodikov peroksid je snažan oksidans. Ima brzu reakciju oksidacije u alkalnoj otopini i neće donijeti nečistoće u reakcijsku otopinu. Stoga se dobro koristi u liječenju raznih organskih ili anorganskih zagađivača. Vodikov peroksid se već duže vrijeme koristi za uklanjanje KPK u industrijskim otpadnim vodama. Iako je cijena korištenja kemijske oksidacije za pročišćavanje otpadnih voda veća od uobičajenih fizičkih i bioloških metoda, ova metoda ima nezamjenjive učinke kod drugih metoda pročišćavanja, poput otrovnih. Prethodna digestija opasnih ili biorazgradivih otpadnih voda, predtretman otpadnih voda visoke koncentracije/niskog protoka itd. Učinak korištenja samo vodikovog peroksida za razgradnju stabilnih vatrostalnih spojeva visoke koncentracije nije dobar. Može se poboljšati upotrebom soli prijelaznih metala. Najčešća metoda je korištenje soli željeza za aktiviranje.
▶ Metoda reagensa Fentona'
Fentonov reagens, koji se sastoji od topljive željezne soli i vodikovog peroksida pomiješanog u određenom omjeru, može oksidirati mnoge organske molekule, a sustav ne zahtijeva visoku temperaturu i visoki tlak. Fe2+ u reagensu može pokrenuti i pospješiti razgradnju vodikovog peroksida, stvarajući tako hidroksilne radikale. Neke otrovne i štetne tvari, poput fenola, klorofenola, klorobenzena i nitrofenola, također se mogu oksidirati Fentonovim reagensom i reagensom sličnim fentonu.
Kombinacija vodikovog peroksida i ozona te kombinacija vodikovog peroksida i ultraljubičastog zračenja nazivaju se tehnologija slična Fentonu, a njen princip je u osnovi isti kao i kod tehnologije Fenton.
▶Fotokemijska oksidacija
Ova metoda je kemijska reakcija koja se provodi pod djelovanjem svjetlosti. Od molekula je potrebno da apsorbiraju elektromagnetsko zračenje određene valne duljine i uzbuđeni su da proizvedu molekularno uzbuđeno stanje, a zatim se kemijski promijene u drugo stabilno stanje ili postanu međuproizvod koji pokreće toplinsku reakciju. Efekat razgradnje jednostavnog ultraljubičastog zračenja je slab. Uvođenjem odgovarajuće količine oksidanata (poput H2O2, O3 itd.) U metodu oksidacije ultraljubičastim svjetlom, učinak pročišćavanja otpadnih voda može se značajno optimizirati i ubrzati brzina razgradnje. Postoje dva načina fotodegradacije organske tvari: direktna i indirektna fotodegradacija. Prvi se odnosi na direktnu reakciju molekula organske tvari sa tvarima u okruženju nakon apsorpcije svjetlosne energije; potonji se odnosi na određene tvari koje postoje u organskom okruženju. Proces apsorpcije svjetlosne energije u uzbuđeno stanje, a zatim izazivanje reakcije organske tvari i zagađivača. Među njima je indirektna svjetlosna degradacija organske tvari važnija.
Raspon valnih duljina koji se može koristiti u fotokemijskoj oksidacijskoj metodi je 200nm ~ 700nm, odnosno raspon ultraljubičastog i vidljivog svjetla. Fotokemijska oksidacija ima primjenu u kontroli zagađenja zraka i prečišćavanju otpadnih voda. Može se podijeliti na UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton i druge sisteme prema vrstama oksidansa. Bez obzira na sistem, fotokemijske reakcije općenito razgrađuju organske tvari stvaranjem hidroksilnih radikala.
Na primjer, u UV/O3 sistemu, ozon u tekućoj fazi će se razgraditi i proizvesti hidroksilne radikale pod ultraljubičastim zračenjem, a brzina apsorpcije ultraljubičastog zraka dostiže maksimum na 253,7 nm, koji može oksidirati većinu organskih tvari u CO2 i vodu, te se koristi za obradu željeza u industrijskim otpadnim vodama. Cijanat, organska jedinjenja, kiseline na bazi azota, alkoholi, pesticidi, organska jedinjenja koja sadrže azot, sumpor ili fosfor, i hlorisana organska jedinjenja i drugi zagađivači.
▶Fotokatalitička oksidacija
U ovoj metodi, fotokatalizator (koji se naziva i fotokatalizator) proizvodi katalitički učinak pod zračenjem izvora svjetlosti određene valne duljine, tako da se okolne molekule vode i kisik pobuđuju da tvore izuzetno aktivne ione slobodne OH i O2 grupe. Tehnologija fotokatalitičke oksidacije koristi katalizatore poput TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 i Fe3O4.
TiO2 je najčešće korišteni katalizator. U fotokatalitičkoj reakciji, na fotokatalitičku aktivnost TiO2 uglavnom utječu faza kristala, veličina zrna i specifična površina. Kada se odredi faza kristala, veličina zrna kristala i specifična površina postaju važni faktori u fotokatalizi TiO2. Što je manja veličina čestica, kraće je vrijeme difuzije fotogeneriranih elektrona i rupa, a što je veća specifična površina, to je učinkovitije apsorbirati zagađenje u vodi. Tvar za poboljšanje fotokatalitičkih performansi. Kada veličina čestica katalizatora dosegne nanometarski nivo, to također može proizvesti kvantni učinak za poboljšanje stope apsorpcije svjetlosti i iskorištenosti, što je važan smjer trenutnih istraživanja katalizatora.
Fotokatalitička oksidacija ima karakteristike netoksičnosti i jednostavne radne uvjete. Ultraljubičasto svjetlo, simulirana sunčeva svjetlost i sunčeva svjetlost mogu se koristiti kao izvori svjetlosti, a prirodni uslovi (poput zraka) mogu se koristiti kao katalizatori. Ima visoku aktivnost, dobru stabilnost i može biti organski. Zagađivači su potpuno razgrađeni i nema sekundarnog zagađenja. Posljednjih godina, kako bi u potpunosti iskoristili prirodnu svjetlost za razgradnju različitih zagađivača, ljudi su učinili mnogo posla na poboljšanju katalitičke aktivnosti i proširenju raspona valnih duljina pobudne svjetlosti, koja je poznata i kao površinska modifikacija katalizatora. Dopiranje TiO2 prijelaznim metalima može stvoriti nove izmijenjene nivoe energije taloženjem plemenitih metala, čime se širi njegov raspon fotoodziva. Tretmani modifikacije, poput fotosenzibilizacije, mogu poboljšati fotokatalitičke performanse.
Područja primjene fotokatalitičke oksidacije uglavnom uključuju tretman otpadnih voda za bojenje, organskih otpadnih voda visoke koncentracije i uklanjanje teško razgradivih mikrozagađivača u naprednoj fazi prečišćavanja vode za piće. U normalnim okolnostima, fotokatalitička oksidacija TiO2 može se izvesti samo u rasponu valnih duljina ultraljubičastog svjetla, što ograničava popularizaciju i primjenu fotokatalitičke tehnologije. Osim toga, razvoj reaktora fotokatalitičke oksidacije još je nezreo i teško je postići veliku obradu.
▶Mokra oksidacija
Ova metoda je napredna oksidacijska metoda koja koristi oksidante za oksidaciju organskih tvari u otpadnim vodama u ugljikov dioksid i vodu pod visokom temperaturom i visokim pritiskom, čime se uklanjaju zagađivači. Metoda ima karakteristike širokog raspona primjene, visoke efikasnosti tretmana, malo sekundarnih zagađenja, brze oksidacije, te obnovljive energije i korisnih materijala. U Japanu i Sjedinjenim Državama ova se metoda primjenjuje u inženjeringu, najnovija je tehnologija i ima široke izglede za razvoj. Međutim, i ova metoda ima problem, odnosno općenito je potrebno da se mokra oksidacija provodi u uvjetima visoke temperature i visokog tlaka. Međuproizvod je često organska kiselina koja zahtijeva visoke materijale opreme, skupe katalizatore i pogodna je samo za otpadne vode malog protoka i visoke koncentracije ...
Metode mokre oksidacije uključuju dvije vrste: oksidaciju vode u podkritičnoj vodi i oksidaciju u superkritičnoj vodi. Tehnologija superkritične oksidacije vode odnosi se na novu i visoko efikasnu tehnologiju tretmana otpada u kojoj se voda oksidira radi tretiranja organskih zagađivača u nadkritičnim uslovima. Pod određenom temperaturom i pritiskom, gotovo sve organske tvari mogu se u potpunosti oksidirati i razgraditi u kratkom vremenu, što uvelike skraćuje vrijeme pročišćavanja otpadnih voda. Uređaj za tretman je potpuno zatvoren, čime se štedi prostor i nema sekundarnog zagađenja.
U superkritičnoj vodi topljivost soli je značajno smanjena, dok je topljivost organskih tvari značajno povećana. Na primjer, benzen, heksan, N2, O2 itd. Mogu se potpuno miješati s vodom, uzrokujući promjene u gustoći, viskoznosti i koeficijentu difuzije. Koeficijent difuzije opada s povećanjem gustoće. Budući da tehnologija mokre oksidacije koristi veće temperature i pritisak, gustoća vode se smanjuje, koeficijent difuzije postaje veći, a brzina prijenosa mase naglo raste.
Područja primjene vlažne oksidacije uglavnom uključuju prečišćavanje otpadnih voda pesticidima, prečišćavanje otpadnih voda fenolom, štampanje i bojenje otpadnih voda i tretman mulja, itd. Nakon što se gore navedene otpadne vode tretiraju vlažnom oksidacijom, toksičnost se značajno smanjuje, a biorazgradivost se također poboljšava. Pomoću biokemijskog tretmana može se postići ispuštanje otpadnih voda.
Napredna tehnologija oksidacije može mineralizirati organske zagađivače u ugljikov dioksid i vodu. To je ekološki prihvatljiv proces, ali visoki troškovi prerade pri degradiranju zagađivača su&"usko grlo" &; ograničavanje njegove promocije. U Kini&napredna tehnologija oksidacije, osim nekoliko, poput Fentonove metode i tehnologije oksidacije ozona koja je primijenjena u stvarnoj prečišćavanju vode, ostali su uglavnom u fazi laboratorijskog istraživanja ili male faze ispitivanja. Samo rješavanjem nedostataka visokih ulaganja i troškova prerade napredne tehnologije oksidacije, ozbiljne korozije opreme i male količine prečišćene vode, može se ubrzati njegova primjena u stvarnoj industriji. Smjer razvoja napredne oksidacijske tehnologije može se sažeti na sljedeći način:
Prvi je da neke tehnologije, poput tehnologije fotokatalitičke oksidacije i tehnologije oksidacije ozona, mogu poboljšati biorazgradljivost otpadnih voda, ali je teško i skupo odvojeno tretirati koksne otpadne vode. Može se kombinirati s biokemijskom tehnologijom kako bi se smanjila biološka toksičnost koksnih otpadnih voda i poboljšala biorazgradivost. , A zatim za liječenje upotrijebite biohemijske metode niske potrošnje i visoke efikasnosti.
Drugo, tehnologije poput mokre katalitičke oksidacije i oksidacije natkritične vode zahtijevaju visoke zahtjeve opreme i visoke troškove prerade. Posebna istraživanja i razvoj mogu se provesti za materijale reaktora i jeftine katalizatore. Pri prečišćavanju koksnih otpadnih voda, teško obradive otpadne vode, poput preostalog amonijaka, ne treba miješati s drugim otpadnim vodama, povećavati količinu otpadnih voda, a zatim koristiti gore navedene napredne oksidante za pročišćavanje.
Treći je projektiranje reaktora s jednostavnom strukturom, visokom efikasnošću, prirodnom svjetlošću i dugotrajnim stabilnim radom, poboljšanje učinkovitosti tretmana tehnologije fotokemijske oksidacije i fotokatalitičke oksidacije te kombiniranje s koagulacijom, adsorpcijom i drugim tehnologijama.