Szybki rozwój hutnictwa żelaza i stali spowodował powstanie dużej ilości trudnych do oczyszczenia ścieków przemysłowych, zwłaszcza koksowniczych, które zawierają duże ilości toksycznej, szkodliwej i trudnej do degradacji materii organicznej o wysokim stężeniu. Charakteryzuje się złożonym składem i dużymi zmianami jakości i objętości wody. Oczyszczanie ścieków koksowniczych budzi coraz większe obawy ludzi. Zwróć uwagę na. Obecnie oczyszczanie ścieków koksowniczych to głównie tradycyjne biologiczne metody oczyszczania, metody flokulacji i koagulacji oraz metody adsorpcji. Ścieki koksownicze charakteryzują się słabą biodegradowalnością i wymagają rozcieńczenia w dużej ilości przed oczyszczaniem biochemicznym. Co więcej, po tym, jak biochemiczny ścieki ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen) i zawartość azotu amonowego są trudne do jednoczesnego spełnienia normy, wymaga dalszej obróbki. Jednak niektóre zaawansowane technologie uzdatniania wiążą się z wysokimi kosztami przetwarzania, a niektóre toksyczne i szkodliwe substancje są trudne do całkowitego degradacji i są podatne na wtórne zanieczyszczenia. Biorąc pod uwagę obecny stan oczyszczania ścieków koksowniczych, bardzo konieczne jest zbadanie efektywnych i przyjaznych dla środowiska technologii oczyszczania.
Zaawansowany proces utleniania (AOP) wykorzystuje niezwykle aktywne rodniki hydroksylowe (·OH) generowane w układzie reakcyjnym do atakowania cząsteczek zanieczyszczeń organicznych, a ostatecznie do utleniania zanieczyszczeń organicznych do CO2, H2O i innych nietoksycznych Kwas drobnocząsteczkowy jest zielony, przyjazny dla środowiska przyjazna i wydajna technologia oczyszczania ścieków. Obecnie zaawansowane technologie utleniania obejmują głównie utlenianie chemiczne, utlenianie fotochemiczne, utlenianie fotokatalityczne, utlenianie katalityczne na mokro itp. Ponieważ AOP mają zalety silnego utleniania i łatwej kontroli warunków pracy, w ostatnich latach przyciągają coraz więcej uwagi.
▶Utlenianie chemiczne
Metoda ta wykorzystuje utleniacze chemiczne do przekształcania ciekłych lub gazowych substancji nieorganicznych lub organicznych w lekko trujące lub nietoksyczne substancje lub przekształcania ich w łatwe do oddzielenia formy. Powszechnie stosowanymi utleniaczami w dziedzinie uzdatniania wody są ozon, nadtlenek wodoru, nadmanganian potasu i tym podobne. W procesie oczyszczania ścieków fenolowych najczęściej stosuje się ozon i nadtlenek wodoru.
Obecnie wiele krajów na świecie stosuje ozon do dezynfekcji, szczególnie w Europie ozon jest wykorzystywany do uzdatniania wody w zakładach wodnych. Dodaj stałe katalizatory do systemu utleniania ozonem, takie jak węgiel aktywny o dużej powierzchni. Ozon i węgiel aktywny pełnią jednocześnie rolę katalityczną i mogą absorbować produkty drobnocząsteczkowe po utlenianiu ozonem. Oba razem zwiększają OH- w roztworze. Działa synergistycznie, generując więcej rodników hydroksylowych.
Nadtlenek wodoru jest silnym utleniaczem. Ma szybką reakcję utleniania w roztworze alkalicznym i nie wprowadza jonów zanieczyszczeń do roztworu reakcyjnego. Dlatego jest dobrze stosowany w leczeniu różnych zanieczyszczeń organicznych lub nieorganicznych. Nadtlenek wodoru jest od dawna używany do usuwania ChZT ze ścieków przemysłowych. Chociaż cena stosowania utleniania chemicznego do oczyszczania ścieków jest wyższa niż zwykłych metod fizycznych i biologicznych, metoda ta ma niezastąpione efekty w przypadku innych metod oczyszczania, np. toksycznych. Wstępna fermentacja ścieków niebezpiecznych lub nie ulegających biodegradacji, wstępne oczyszczanie ścieków o wysokim stężeniu/niskim przepływie itp. Efekt stosowania samego nadtlenku wodoru do degradacji stabilnych związków ogniotrwałych o wysokim stężeniu nie jest dobry. Można go poprawić, stosując sole metali przejściowych. Najpopularniejszą metodą jest użycie soli żelaza do aktywacji.
▶Metoda odczynnikowa Fentona'.
Odczynnik Fentona, który składa się z rozpuszczalnej soli żelaza i nadtlenku wodoru zmieszanych w określonym stosunku, może utleniać wiele cząsteczek organicznych, a system nie wymaga wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia. Fe2' w odczynniku może inicjować i promować rozkład nadtlenku wodoru, tworząc w ten sposób rodniki hydroksylowe. Niektóre toksyczne i szkodliwe substancje, takie jak fenol, chlorofenol, chlorobenzen i nitrofenol, mogą również zostać utlenione przez odczynnik Fentona' i odczynnik podobny do Fentona.
Połączenie nadtlenku wodoru i ozonu oraz połączenie nadtlenku wodoru i ultrafioletu nazywa się technologią podobną do Fentona, a jej zasada jest zasadniczo taka sama jak w przypadku technologii Fentona.
▶Utlenianie fotochemiczne
Ta metoda to reakcja chemiczna przeprowadzana pod działaniem światła. Wymaga od cząsteczek pochłaniania promieniowania elektromagnetycznego o określonej długości fali i wzbudzania w celu wytworzenia stanu wzbudzenia molekularnego, a następnie zmiany chemicznej do innego stanu stabilnego lub stania się produktem pośrednim inicjującym reakcję termiczną. Efekt rozkładu prostego promieniowania ultrafioletowego jest słaby. Wprowadzając odpowiednią ilość utleniaczy (takich jak H2O2, O3 itp.) do metody utleniania światłem ultrafioletowym można znacznie zoptymalizować efekt oczyszczania ścieków i przyspieszyć tempo degradacji. Istnieją dwa sposoby fotodegradacji materii organicznej: fotodegradacja bezpośrednia i fotodegradacja pośrednia. Pierwsza odnosi się do bezpośredniej reakcji cząsteczek materii organicznej z substancjami w otaczającym środowisku po pochłonięciu energii świetlnej; to ostatnie odnosi się do pewnych substancji występujących w środowisku organicznym Proces pochłaniania energii świetlnej do stanu wzbudzonego, a następnie indukowania reakcji materii organicznej i zanieczyszczeń. Wśród nich ważniejsza jest pośrednia degradacja świetlna materii organicznej.
Zakres długości fali, który można zastosować w metodzie utleniania fotochemicznego, wynosi 200nm ~ 700nm, czyli zakres światła ultrafioletowego i światła widzialnego. Utlenianie fotochemiczne ma zastosowanie w kontroli zanieczyszczenia powietrza i oczyszczaniu ścieków. W zależności od rodzaju utleniaczy można go podzielić na UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton i inne. Niezależnie od układu, reakcje fotochemiczne na ogół degradują substancje organiczne poprzez generowanie rodników hydroksylowych.
Na przykład w systemie UV/O3 faza ciekła ozonu ulegnie rozkładowi z wytworzeniem rodników hydroksylowych pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, a szybkość absorpcji ultrafioletowej osiągnie maksimum przy 253,7 nm, co może utleniać większość materii organicznej do CO2 i wody, i jest stosowane do oczyszczania żelaza w ściekach przemysłowych. Cyjanian, związki organiczne, kwasy na bazie azotu, alkohole, pestycydy, związki organiczne zawierające azot, siarkę lub fosfor oraz chlorowane związki organiczne i inne zanieczyszczenia.
▶Utlenianie fotokatalityczne
W tej metodzie fotokatalizator (zwany również fotokatalizatorem) wytwarza efekt katalityczny pod wpływem napromieniowania źródła światła o określonej długości fali, tak że otaczające cząsteczki wody i tlenu są wzbudzane, tworząc niezwykle aktywne wolne jony ·OH- i ·O2 grupy. Technologia utleniania fotokatalitycznego wykorzystuje katalizatory takie jak TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 i Fe3O4.
Najczęściej stosowanym katalizatorem jest TiO2. W reakcji fotokatalitycznej na aktywność fotokatalityczną TiO2 wpływa głównie faza krystaliczna, wielkość ziarna i powierzchnia właściwa. Gdy określa się fazę krystaliczną, wielkość ziarna kryształu i powierzchnia właściwa stają się ważnymi czynnikami w fotokatalizie TiO2. Im mniejszy rozmiar cząstek, tym krótszy czas dyfuzji fotogenerowanych elektronów i dziur oraz im większa powierzchnia właściwa, tym skuteczniejsze pochłanianie zanieczyszczeń w wodzie. Substancja poprawiająca działanie fotokatalityczne. Gdy wielkość cząstek katalizatora osiągnie poziom nanometrów, może również wytworzyć efekt kwantowy w celu poprawy szybkości pochłaniania światła i stopnia wykorzystania, co jest ważnym kierunkiem obecnych badań nad katalizatorami.
Utlenianie fotokatalityczne charakteryzuje się nietoksycznością i prostymi warunkami pracy. Jako źródła światła można stosować światło ultrafioletowe, symulowane światło słoneczne i światło słoneczne, a jako promotory katalityczne można stosować warunki naturalne (takie jak powietrze). Ma wysoką aktywność, dobrą stabilność i może być organiczny. Zanieczyszczenia są całkowicie zdegradowane i nie ma zanieczyszczeń wtórnych. W ostatnich latach, aby w pełni wykorzystać naturalne światło do degradacji różnych zanieczyszczeń, ludzie włożyli wiele pracy w poprawę aktywności katalitycznej i rozszerzenie zakresu długości fal światła wzbudzającego, co jest również znane jako modyfikacja powierzchni katalizatorów. Domieszkowanie TiO2 metalem przejściowym może tworzyć nowe zmodyfikowane poziomy energii poprzez osadzanie metali szlachetnych, poszerzając w ten sposób zakres fotoodpowiedzi. Zabiegi modyfikujące, takie jak fotouczulanie, mogą poprawić działanie fotokatalityczne.
Obszary zastosowania fotokatalitycznego utleniania obejmują głównie oczyszczanie ścieków barwnikowych, ścieków organicznych o wysokim stężeniu oraz usuwanie trudnych do degradacji mikrozanieczyszczeń na zaawansowanym etapie uzdatniania wody pitnej. W normalnych warunkach fotokatalityczne utlenianie TiO2 może odbywać się tylko w zakresie długości fal światła ultrafioletowego, co ogranicza popularyzację i zastosowanie technologii fotokatalitycznej. Ponadto rozwój reaktorów utleniania fotokatalitycznego jest wciąż niedojrzały i trudno jest osiągnąć przetwarzanie na dużą skalę.
▶Mokre utlenianie
Ta metoda jest zaawansowaną metodą utleniania, która wykorzystuje utleniacze do utleniania materii organicznej w ściekach do dwutlenku węgla i wody w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem, usuwając w ten sposób zanieczyszczenia. Metoda charakteryzuje się szerokim zakresem zastosowań, wysoką skutecznością oczyszczania, niewielką ilością zanieczyszczeń wtórnych, szybkim tempem utleniania oraz odzyskiwalną energią i materiałami użytecznymi. W Japonii i Stanach Zjednoczonych tego typu metoda została zastosowana w inżynierii, jest najnowocześniejszą technologią i ma szerokie perspektywy rozwoju. Jednak ten sposób ma również problem, który polega na tym, że utlenianie na mokro zazwyczaj musi być przeprowadzane w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia. Produktem pośrednim jest często kwas organiczny, który wymaga materiałów o wysokim wyposażeniu, drogich katalizatorów i nadaje się tylko do ścieków o małym przepływie i wysokim stężeniu...
Metody mokrego utleniania obejmują dwa typy: podkrytyczne utlenianie wody i nadkrytyczne utlenianie wody. Technologia utleniania wody w stanie nadkrytycznym odnosi się do nowej i wysokowydajnej technologii oczyszczania ścieków, w której woda jest utleniana w celu oczyszczenia zanieczyszczeń organicznych w warunkach nadkrytycznych. W określonej temperaturze i ciśnieniu prawie cała materia organiczna może zostać w krótkim czasie całkowicie utleniona i rozłożona, co znacznie skraca czas oczyszczania ścieków. Urządzenie do obróbki jest w pełni zamknięte, co oszczędza miejsce i nie ma zanieczyszczeń wtórnych.
W wodzie nadkrytycznej rozpuszczalność soli jest znacznie zmniejszona, natomiast rozpuszczalność substancji organicznych znacznie wzrasta. Na przykład benzen, heksan, N2, O2 itp. mogą być całkowicie mieszalne z wodą, powodując zmiany gęstości, lepkości i współczynnika dyfuzji. Współczynnik dyfuzji maleje wraz ze wzrostem gęstości. Ponieważ technologia mokrego utleniania wykorzystuje wyższą temperaturę i ciśnienie, gęstość wody spada, współczynnik dyfuzji wzrasta, a prędkość przenoszenia masy gwałtownie wzrasta.
Obszary zastosowania mokrego utleniania obejmują głównie oczyszczanie ścieków pestycydowych, oczyszczanie ścieków fenolowych, drukowanie i barwienie ścieków oraz oczyszczanie osadów itp. Po oczyszczeniu wyżej wymienionych ścieków przez utlenianie na mokro znacznie zmniejsza się toksyczność, a także poprawia się biodegradowalność. Za pomocą oczyszczania biochemicznego można uzyskać odprowadzanie ścieków.
Zaawansowana technologia utleniania może mineralizować zanieczyszczenia organiczne na dwutlenek węgla i wodę. Jest to proces przyjazny dla środowiska, ale wysokie koszty przetwarzania przy degradacji zanieczyszczeń stanowią&„wąskie gardło &”; ograniczenie jego promocji. W chińskiej zaawansowanej technologii utleniania', z wyjątkiem kilku, takich jak metoda Fentona i technologia utleniania ozonem, które zostały zastosowane w rzeczywistym uzdatnianiu wody, reszta jest głównie w badaniach laboratoryjnych lub na etapie testów na małą skalę. Jedynie rozwiązanie problemów związanych z wysokimi kosztami inwestycyjnymi i uzdatnianiem zaawansowanej technologii utleniania, poważną korozją sprzętu i niewielką ilością uzdatnionej wody może przyspieszyć jej zastosowanie w przemyśle. Kierunek rozwoju zaawansowanej technologii utleniania można podsumować następująco:
Po pierwsze, niektóre technologie, takie jak technologia utleniania fotokatalitycznego i technologia utleniania ozonem, mogą poprawić biodegradowalność ścieków, ale oddzielne oczyszczanie ścieków koksowniczych jest trudne i kosztowne. Można go łączyć z technologią biochemiczną, aby zmniejszyć biologiczną toksyczność ścieków koksowniczych i poprawić biodegradowalność. , A następnie stosuj metody biochemiczne o niskim zużyciu i wysokiej wydajności do leczenia.
Po drugie, technologie takie jak utlenianie katalityczne na mokro i utlenianie wodą w stanie nadkrytycznym mają wysokie wymagania sprzętowe i wysokie koszty przetwarzania. Specjalne badania i rozwój mogą być prowadzone dla materiałów reaktora i tanich katalizatorów. W oczyszczaniu ścieków koksowniczych trudno oczyszczalnych ścieków, takich jak resztki amoniaku, nie należy mieszać z innymi ściekami, zwiększać ilości ścieków, a następnie stosować do oczyszczania wyżej wymienione zaawansowane utleniacze.
Trzecim jest zaprojektowanie reaktora o prostej konstrukcji, wysokiej wydajności, naturalnym świetle i długoterminowej stabilnej pracy, poprawienie efektywności oczyszczania technologii utleniania fotochemicznego i fotokatalitycznego oraz połączenie go z technologiami koagulacji, adsorpcji i innymi.