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水处理技术的研究进展


所属栏目:水利论文
发布时间:2018-07-24 14:23:21  更新时间:2018-07-24 14:23:21

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  【摘要】随着新工艺新材料的发展,对水质的要求日益增加,水处理技术也持续发展,水处理技术发展方向更加偏向于绿色环保、能耗低、无污染、适用范围广、反应速度快、成本低、对污染物选择性小的技术。高级氧化技术、活性炭水处理技术、超声水处理技术都是绿色环保的水处理技术,其单独处理或者协同作用能够很好的降解有机物,其协同处理还有待进一步深入的研究。

  【关键词】高级氧化技术;活性炭;超声

  1引言

  根据~2015中国环境状况公报》全国423条主要河流、62座重点湖泊(水库)的967个国控地表水监测断面(点位)开展了水质监测,I~Ⅲ类、Ⅳ~V类、劣V类水质断面分别占64.5%、26.7%、8.8%。各省市也开展消灭劣五类水等水体整治行动。水处理技术的发展现状对于水环境起着至关重要的作用。

  2高级氧化技术

  高级氧化技术是一种利用光、磁、电等物理化学过程产生高活性的中间体·OH,提高污染物的可生化性,提高其反应速率,增加氧化能力。其主要是利用·OH通过电子转移等传递自由基链反应,反应式如下。

图1

  2.1臭氧氧化法

  臭氧是一种有特殊臭味的淡蓝色气体,具有强氧化性,其氧化性是单质氯的1.52倍,在消毒、除色、去除有机物和COD方面有很好的效果,其主要优势在于臭氧氧化法降解速度快,无二次污染,是一种理想的氧化剂。我国目前臭氧制备技术滞后,臭氧制备成本偏高,制约了臭氧在水处理中的大规模的应用。邵科隆等研究表明在臭氧在预处理难降解的农药废水时,COD=2OOmg/L,PH=11.3,臭氧投加量未14.2mg/L,连续预处理3h之后其生化性从O.12提高至0.58。郑俊等研究表明,臭氧氧化法处理经生化处理后的焦化废水,接触时间9Omin对废水中的COD、NH一N和色度去除率分别为3O.3%、21.996和64.5%。经臭氧氧化处理后的废水大部分难降解有机物被完全分解,一部分变成中间产物以及一些衍生物。马黎明等研究表明,在PH为7.8~8.2(原水PH),25度条件下,在400m1废水中通入514mg臭氧,反应lOmin,色度和COD去除率分别达到86.3%、38.9%。虽然臭氧在强碱性条件下色度和COD去除率可达92.7%、48.5%,但考虑实际情况故选择原水PH。根据上面的研究发现一般单独臭氧氧化法的COD去除率不高,所以采用投加催化剂的方式进行臭氧催化氧化处理降解有机物。王利平等研究表明,400ml垃圾渗滤液在PH=7环境下,单独通臭氧曝气与加入50mg负载活性炭催化剂在进行臭氧曝气,反应120rain,COD去除率分别为25.3%和81.9%。垃圾渗滤液COD和N}{3一N初始浓度分别4980mg/L和2100mg/L,PH=3、反应时长120min,催化剂150mg/L,臭氧催化氧化去除COD和氨氮其出水浓度分别是900mg/L,20mg/L。

  2.2Fenton氧化法

  Fenton法是一种在酸性(PH2-5)条件下,利用Fe催化分解H。02产生·0H来降解有机物的一种方法。Fe/H。o2组合体系被命名为芬顿试剂。芬顿试剂法具有操作过程简单、反应速度快、设备简单等优点。但芬顿法的催化剂却难以分离和重复使用的问题,会产生大量含铁污泥,铁离子含量较多容易造成二次污染。所以使用芬顿法催化剂是一个重点关注的问题。近年来一般是将Fe固定在树脂、膜、黏土等载体上或者以铁的氧化物的形式来进行替代,以减少Fe的析出。Daud等研究发现,用浸渍法将Fe固定在高岭石上催化降解活性黑5,150min内活性黑5脱色率达到99%。张瑛洁等研究发现,用浸渍法制备脂负载Fe/Cu,最优Cu:Fe针=1:2。过氧化氢的最佳投加量为15mmo1/L,在PH3.1~10.7范围内,投加催化剂50mg,连续运行5h,橙黄Ⅳ的降解率达到98.5%,且重复三次连续性试验发现橙黄Ⅳ的去除率保持在80%以上,说明负载型催化剂Fe叶不易溶出。

  2.3光催化氧化法

  光催化氧化法是一种绿色的水处理的方式,这里光指的是电光源和太阳能作为光源。卤代芳烃、有机酸类、硝基芳烃、多环芳烃、酚类、染料、农药等有机物都能有效进行光催化反应,使其变成水、二氧化碳和无机盐。光催化反应对有机物的选择性较小,大部分有机物都能进行作用,能耗低、无二次污染,是一种理想的去除有机物的方式。黄晓霞等研究表明,催化剂纳米Ti0投加量在2.Og/L,酒糟废水经厌氧处理后,使其初始COD为650mg/L,PH在9,光照6h,通气量为6.3ml/min,两个灯管照射情况下,COO去除率为69.5%,其他指标BOD5、SS、色度、PH均达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)二级排放标准。刘猛等研究表明,在PH为3,紫外灯为4支,Ti0投加量为3g/L,反应90min,COD和色度的去除率达到18.1%和98.6%。该试验通过投加H20和Fenton等氧化物显著提高光催化处理焦化废水的处理效果。

  3活性炭处理技术

  活性炭是一种黑色无定型颗粒状或细微粉末状,无臭、无味,孔隙结构多孔径一般在2~5Onto之间,具有很大比表面积500~1000m2/g。且具有很强吸附性能的一种碳素材料。活性炭在制备过程中,灰分和其他原子的存在会使得其结构产生不饱和键,而在活化过程中,氧和其他原子可以吸附其上,形成官能团,使得活性炭具有化学吸附作用。活性炭的吸附原理是利用其具有的疏水性,可以有效的吸附水溶液中各种非极性有机物质。秦恒飞等研究表明,活性炭对Pb初始浓度为lmg/L的去除率可达到94.46%,其吸附过程中同时存在化学吸附和物理吸附,吸附最大量为129.5mg/g。Robert等研究表明,活性炭在去除有机物的过程中与媒介种类、温度以及接触时间有关,在接触时间短于5min,可有效去除同化有机碳,接触时间在15~30min用来去除天然有机化合物。

  4超声水处理技术

  超声是指利用超声波(频率>16kHZ)产生声空化效应,当一定强度的超声波辐射进入水体时,液相分子间引力被破坏,出现空化泡,在超声波负压相内不断膨胀,在之后的正压相作用下急剧收缩而破裂,空化泡经过震动、膨胀、收缩、破裂整个过程仅需数微秒甚至数纳秒内,从而在局部形成异常的高温高压环境,用来降解水体中的污染物。其降解机理主要是利用高温热解效应、自由基氧化效应、超临界氧化效应和机械效应,来达到强化污染物或者降解有机物,超声是一种绿色无污染的技术。朱驯等等研究表明,利用内电解一超声波降解活性黄3RX,在V(Fe):V(A1):V(C)=l:1:2,超声35min同时曝气5min,活性黄3RX的COD和色度的去除率分别是88%、94%。朱宸等研究表明,采用68~120kHZ,能量密度59.1~186.4w/L的静态超声波作用lO~15s,后经混凝沉淀,藻类的去除率可达98%。陈华军等u研究表明,超声波功率70W,PH为3.7,H20。浓度为5.Ommol/L,FeSO浓度为0.15mmol/L,对哌嗪废水的COD去除率可达99.9%,出水COD<50mg/L,能够达到污水综合排放标准(GB8978—1996)一级排放标准。

  4结语

  随着新型材料新技术的不断研发,水处理的要求也在日益升高,水处理技术发展方向更加偏向于绿色环保、能耗低、无污染、适用范围广、反应速度快、成本低、对污染物选择性小的技术。且目前对水质的要求已经很难用单一的水处理技术来进行处理,通常采用联用的方式,如果超声一芬顿联用,臭氧与活性炭催化联用等,这些协同作用的具体效果都是未来的研究方向,能够达到优势互补,以提高出水的水质。

  【参考文献】

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