鋼鐵行業(yè)迅猛發(fā)展,產(chǎn)生了大量難處理的工業(yè)廢水,尤其是焦化廢水,含有大量有毒有害、難降解的高濃度有機(jī)物,具有成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大等特點(diǎn),焦化廢水的治理日益引起人們的重視。目前,焦化廢水處理主要是傳統(tǒng)的生物處理法、絮凝混法、吸附法等。焦化廢水可生化性差,需要大量稀釋后再進(jìn)行生化處理,且存在生化出水后COD(化學(xué)需氧量)和氨氮量很難同時(shí)標(biāo)的問(wèn)題,需要再進(jìn)行深度處理。而一些深度處理技術(shù)處理費(fèi)用高,對(duì)一些有毒有害物質(zhì)也難做到完全降解,并容易產(chǎn)生二次污染?;谀壳敖够瘡U水的處理現(xiàn)狀,研究高效環(huán)保的處理技術(shù)是非常必要的。
高級(jí)氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Process,簡(jiǎn)稱AOPs),利用反應(yīng)體系中產(chǎn)生的活性強(qiáng)的羥基自由基(·OH)來(lái)進(jìn)攻有機(jī)污染物分子,最終將有機(jī)污染物氧化為CO2和H2O以及其他無(wú)毒的小分子酸,是綠色環(huán)保、高效的廢水處理技術(shù)。目前,高級(jí)氧化技術(shù)主要有化學(xué)氧化、光化學(xué)氧化、光催化氧化、濕式催化氧化等。由于AOPs具有氧化性強(qiáng)、操作條件易于控制的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)引起越來(lái)越多的關(guān)注。
化學(xué)氧化法
該法是用化學(xué)氧化劑將液態(tài)或氣態(tài)的無(wú)機(jī)物或有機(jī)物轉(zhuǎn)化成微毒物、無(wú)毒物,或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化成易分離形態(tài)。水處理領(lǐng)域中常用的氧化劑為臭氧、過(guò)氧化氫、高錳酸鉀等。在苯酚廢水處理工藝中,臭氧和過(guò)氧化氫的應(yīng)用最為常見(jiàn)。
目前,世界上已經(jīng)有許多國(guó)家使用臭氧消毒,特別是歐洲在自來(lái)水廠水處理中多采用臭氧。在臭氧氧化系統(tǒng)中加入固體催化劑,如具有較大表面積的活性炭等,臭氧、活性炭同時(shí)使用,起到催化作用,并可以吸附臭氧氧化后的小分子產(chǎn)物,兩者聯(lián)合增加溶液中的OH-,具有協(xié)同效果從而產(chǎn)生更多的羥基自由基。
過(guò)氧化氫是一種強(qiáng)氧化劑,在堿性溶液中氧化反應(yīng)很快,不會(huì)給反應(yīng)溶液帶來(lái)雜質(zhì)離子,因此被很好地應(yīng)用于多種有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物的處理。過(guò)氧化氫用于去除工業(yè)廢水中的COD已經(jīng)有很長(zhǎng)時(shí)間,雖然使用化學(xué)氧化法處理廢水的價(jià)格比普通的物理和生物方法高,但這種方法具有其他處理方法不可替代的作用,比如有毒有害或不可生物降解廢水的預(yù)消化、高濃度/低流量廢水的預(yù)處理等。單獨(dú)使用過(guò)氧化氫降解高濃度的穩(wěn)定型難降解化合物的效果并不好,可以通過(guò)使用過(guò)渡金屬的鹽類進(jìn)行改進(jìn),最常見(jiàn)的方法是利用鐵鹽來(lái)激活,即芬頓試劑法。
可溶性亞鐵鹽和過(guò)氧化氫按一定的比例混合所組成的芬頓試劑,能氧化許多有機(jī)分子,且系統(tǒng)不需高溫高壓。試劑中的Fe2 能引發(fā)并促進(jìn)過(guò)氧化氫的分解,從而產(chǎn)生羥基自由基。一些有毒有害物質(zhì)如苯酚、氯酚、氯苯和硝基酚等也能被芬頓試劑和類芬頓試劑所氧化。
過(guò)氧化氫與臭氧聯(lián)合、過(guò)氧化氫與紫外線聯(lián)合等方法稱為類芬頓技術(shù),其原理基本與芬頓技術(shù)相同。
光化學(xué)氧化法
該法是在光作用下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng),需要分子吸收特定波長(zhǎng)的電磁輻射,受激發(fā)產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài),之后才發(fā)生化學(xué)變化到另一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài),或者變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間產(chǎn)物。單純紫外光輻射的分解作用較弱,通過(guò)向紫外光氧化法中引入適量的氧化劑(如H2O2、O3等),可以明顯優(yōu)化廢水的處理效果和加快降解速率。有機(jī)物的光降解有直接光降解和間接光降解兩個(gè)途徑,前者是指有機(jī)物分子吸收光能后呈激發(fā)態(tài)與周?chē)h(huán)境中的物質(zhì)直接進(jìn)行反應(yīng);后者是指有機(jī)物環(huán)境中存在的某些物質(zhì)吸收光能呈激發(fā)態(tài),再誘導(dǎo)有機(jī)物、污染物反應(yīng)的過(guò)程。其中,間接光降解有機(jī)物更為重要。
光化學(xué)氧化法中可以利用的波長(zhǎng)范圍是200nm~700nm,即紫外光與可見(jiàn)光范圍。光化學(xué)氧化在大氣污染治理和廢水處理方面都有應(yīng)用,其根據(jù)氧化劑種類不同可分為UV/O3、UV/H2O2、UV/Fenton等系統(tǒng)。不管哪個(gè)系統(tǒng),光化學(xué)反應(yīng)一般都是通過(guò)產(chǎn)生羥基自由基來(lái)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解。
如UV/O3系統(tǒng),液相臭氧在紫外光輻射下會(huì)分解產(chǎn)生羥基自由基,紫外線吸收率在253.7nm處達(dá)到最大,可將大多數(shù)有機(jī)物氧化成CO2和水,用于處理工業(yè)廢水中的鐵氰酸鹽,有機(jī)化合物,氮基酸,醇類,農(nóng)藥,含氮、硫或磷的有機(jī)化合物,以及氯代有機(jī)物等污染物。
光催化氧化法
該法是光催化劑(也稱光觸媒)在特定波長(zhǎng)光源的照射下產(chǎn)生催化作用,使周?chē)乃肿雍脱鯕饧ぐl(fā)形成極具活性的·OH-和·O2自由離子基。光催化氧化技術(shù)使用的催化劑有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2和Fe3O4等。