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2017.05
第一部分 生物處理新技術(shù)
行業(yè)之窗
"該工藝將曝氣池分為高低負荷兩段,各有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負荷段A段停留時間約20-40分鐘,以生物絮凝吸附作用為主,同時發(fā)生不完全氧化反應(yīng),生物主要為短世代的細菌群落,去除BOD達50%以上。B段與常規(guī)活性污泥相似,負荷較低,泥齡較長。
一、工藝流程
二、AB法的主要特點
① 未設(shè)初沉池,由吸附池和中間沉淀池組成的A段為一級處理系統(tǒng);
② B段由曝氣池和二沉池組成;
③ A、B兩段各自擁有獨立的污泥回流系統(tǒng),兩段完全分開,各自有獨特的微生物群體,有利于功能穩(wěn)定。
三、A段特征
1、不設(shè)初沉池,原廢水中的微生物全部進入吸附池,A段是一個開放性的生物反應(yīng)器;
2、負荷很高,有利于增殖速度快、適應(yīng)能力強的微生物生長;
3、BOD去除率為4070%,出水可生化性有所提高,有利于B段的繼續(xù)降解;
4、污泥產(chǎn)率較高,吸附能力強;
5、對有機物的去除,吸附作用為主,生物降解占1/3左右。
四、B段特征
1、來水為A段出水,水質(zhì)、水量較穩(wěn)定;
2、負荷率為總負荷率的3060%;
3、污泥齡較長,有利于硝化反應(yīng)。
序批式間歇活性污泥法(SBR)
一、SBR的工作原理
在SBR工藝中國,主要的反應(yīng)器只有一個曝氣池,在該曝氣池中完成進水、曝氣、沉淀、排水等功能,因此在SBR工藝中反應(yīng)池內(nèi)的運行一般可以分為以下的五個工序:
1、進水2、曝氣反應(yīng)3、沉淀:靜止沉淀,效果良好4、排水 5、閑置
二、工藝流程
三、SBR的特征
1)五大優(yōu)點
工藝流程,節(jié)省費用:不設(shè)二沉池、回流污泥及其設(shè)備,大多數(shù)情
況不需要調(diào)節(jié)池;
理想的推流過程使生化反應(yīng)推力大、效率高;
運行方式靈活,脫氮除磷效果好;
防止污泥膨脹的最好工藝;
耐沖擊負荷、處理能力強。
2)缺點
連續(xù)進水時,對于單一SBR反應(yīng)器需要較大的調(diào)節(jié)池;
對于多個SBR反應(yīng)器,其進水和排水的閥門自動
切換頻繁;
無法達到大型污水處理項目之連續(xù)進水、出水的要求;
設(shè)備的閑置率較高;
污水提升水頭損失較大;
如果需要后處理,則需要較大容積的調(diào)節(jié)池。
四、SBR的變形
1 間歇式循環(huán)延時工藝(ICEAS)
2 循環(huán)式活性污泥工藝(CASS/CAST/CASP)
3 間歇排水延時曝氣工藝(IDEA)
4 連續(xù)和間歇曝氣工藝 (DAT-IAT)
5 UNITANK工藝
6 改良式序批式間歇反應(yīng)器(MSBR)
膜生物反應(yīng)器(SBR)
一、膜生物反應(yīng)器
膜生物反應(yīng)器是由膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合的生化反應(yīng)系統(tǒng),是一項廢水生物處理技術(shù)和膜分離技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)。
二、特點
①SRT與HRT完全分開,在維持較短HRT的同時,又可保持極長的SRT;
②膜截流的高效性可使世代時間長的硝化菌等在生物反應(yīng)器內(nèi)生長,因此脫氮效果較好;
③可維持很高的MLSS;
④膜分離可使大分子顆粒狀難降解物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)停留較長時間,最終得以去除;
⑤可溶性大分子化合物也可被截留下來,不會影響出水水質(zhì),最終也可被降解;
⑥膜的高效截留作用可使出水懸浮物濃度極低。
上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器
一、概念
上流式厭氧污泥床反應(yīng)器是一種處理污水的厭氧生物方法,又叫升流式厭氧污泥床。污水自下而上通過UASB。反應(yīng)器底部有一個高濃度、高活性的污泥床,污水中的大部分有機污染物在此間經(jīng)過厭氧發(fā)酵降解為甲烷和二氧化碳。因水流和氣泡的攪動,污泥床之上有一個污泥懸浮層。
反應(yīng)器上部有設(shè)有三相分離器,用以分離消化氣、消化液和污泥顆粒。消化氣自反應(yīng)器頂部導(dǎo)出;污泥顆粒自動滑落沉降至反應(yīng)器底部的污泥床;消化液從澄清區(qū)出水。
UASB 負荷能力很大,適用于高濃度有機廢水的處理。運行良好的UASB有很高的有機污染物去除率,不需要攪拌,能適應(yīng)較大幅度的負荷沖擊、溫度和pH變化。
二、工藝特征
在反應(yīng)器的上部設(shè)置了氣、固、液三相分離器;
在反應(yīng)器底部設(shè)置了均勻布水系統(tǒng);
反應(yīng)器內(nèi)的污泥能形成顆粒污泥:
水力停留時間大大縮短,具有很高的容積負荷;
適于處理高、中濃度有機工業(yè)廢水,也可以處理低濃度城市污水;
將生物反應(yīng)與沉淀分離集中在一個反應(yīng)器內(nèi),結(jié)構(gòu)緊湊;
無需設(shè)置填料,節(jié)省費用,提高容積利用率。
PS:三相分離器
由沉淀區(qū)、回流縫和氣封組成,其功能是將氣體(沼氣)、固體(污泥)和液體(廢水)等三相進行分離。沼氣進入氣室,污泥在沉淀區(qū)進行沉淀,并經(jīng)回流縫回流到反應(yīng)區(qū)。經(jīng)沉淀澄清后的廢水作為處理水排出反應(yīng)器。
曝氣生物濾池BAF
一、概念
曝氣生物濾池,也叫淹沒式曝氣生物濾池,是在普通生物濾池、高負荷生物濾池、生物濾塔、生物接觸氧化法等生物膜法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,被稱為第三代生物濾池。
其工藝原理為:在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料,濾料表面生長著高活性的生物膜,濾池內(nèi)部曝氣。污水流經(jīng)時,利用濾料的高比表面積帶來的高濃度生物膜的氧化降解能力對污水進行快速凈化,此為生物氧化降解過程;同時,污水流經(jīng)時,濾料呈壓實狀態(tài),利用濾料粒徑較小的特點及生物膜的生物絮凝作用,截留污水中的懸浮物,且保證脫落的生物膜不會隨水漂出,此為截留作用;運行一定時間后,因水頭損失的增加,需對濾池進行反沖洗,以釋放截留的懸浮物以及更新生物膜,此為反沖洗過程。
二、曝氣生物濾池的特征:
(1)用粒狀填料作為生物載體,如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等。
(2)區(qū)別于一般生物濾池及生物濾塔,在去除BOD、氨氮時需進行曝氣。
(3)高水力負荷、高容積負荷及高的生物膜活性。
(4)具有生物氧化降解和截留SS的雙重功能,生物處理單元之后不需再設(shè)二次沉淀池。
(5)需定期進行反沖洗,清洗濾池中截留的SS以及更新生物膜。
第二部分 高級氧化技術(shù)
臭氧氧化
一、概念
臭氧在常溫常壓下是一種不穩(wěn)定、具有特殊刺激性氣味的淺藍色氣體。臭氧具有極強的氧化性能,其氧化能力僅次于氟,高于氯和高錳酸鉀。
基于臭氧的強氧化性,且在水中可短時間內(nèi)自行分解,沒有二次污染,是理想的綠色氧化藥劑。因此,臭氧氧化方法已逐漸發(fā)展成為一種高級氧化技術(shù),在水處理領(lǐng)域中臭氧技術(shù)已在許多方面得到了應(yīng)用。臭氧應(yīng)用于水處理過程中其作用主要是除臭、脫色、殺菌和去除有機物。
二、特點
與有機物反應(yīng)時速度快,使用方便,不產(chǎn)生二次污染,用于污水處理可有效地消毒、除色、除臭、去除有機物和降低COD等。但單獨的臭氧氧化法造價高、處理成本昂貴,且其氧化反應(yīng)具有選擇性,對某些鹵代烴及農(nóng)藥等氧化效果比較差。
三、原理
臭氧之所以表現(xiàn)出強氧化性,是因為臭氧分子中的氧原子具有強烈的親電子或親質(zhì)子性,臭氧分解產(chǎn)生的新生態(tài)氧原子,和在水中形成具有強氧化作用的羥基自由基·OH,它們的高度活性在水處理中被用于殺菌消毒、破壞有機物結(jié)構(gòu)等等,其副產(chǎn)物無毒,基本無二次污染,有著許多別的氧化劑無法比擬的優(yōu)點,不僅可以消毒殺菌,還可以氧化分解水中污染物。
四、影響因素
1、臭氧化混合氣進氣量2、攪拌速度3、溶液pH4、有機物濃度5、溶液溫度
6、催化劑7、氣態(tài)O3的投加方式
五、應(yīng)用進展
(1)飲用水的處理
在飲用水處理中,臭氧主要用于三個方面:
臭氧預(yù)處理,在常規(guī)凈水工藝前增設(shè)臭氧工藝;
臭氧-生物活性炭處理,O3與顆粒活性炭結(jié)合,在常規(guī)凈水工藝后,對水作深度處理,以除去各種有機物和色、嗅、味等;
臭氧消毒,用以代替氯對水進行消毒。
(2)廢水的處理
臭氧可用來去除COD、BOD,并破壞有害的化學(xué)物 。
已用于煉油廢水中酚類化合物的去除、電鍍含氰廢水處理、含染料廢水的脫色、洗滌劑的氧化、照片洗印漂洗、氰化鐵廢液的回收與再利用等。
(3)臭氧氧化新技術(shù)
1、O3/UV高級氧化技術(shù)2、O3/H2O2高級氧化技術(shù)3、O3/H2O2/UV高級氧化技術(shù)
4、臭氧/活性炭協(xié)同降解有機物處理技術(shù)5、超聲強化臭氧氧化技術(shù)
過氧化氫氧化技術(shù)
一、概念以及原理
H2O2的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為1.77V,僅次于高錳酸鉀、次氯酸和二氧化氯,并在一定觸媒(如紫外),以及其他氧化劑(如臭氧)的作用下產(chǎn)生氧化性極強的羥基自由基·OH ( 氧化還原電位為2.8V),通過提供·OH來氧化水中有機污染物和構(gòu)成微生物的有機物質(zhì)。
•OH是一種極強的化學(xué)氧化劑,它的氧化電位比普通氧化劑高得多,這意味著•OH的氧化能力要大大高于普通化學(xué)氧化劑.同時在飲用水處理中H2O2分解速度很慢,又可保證較長時間的殘留消毒作用,并可作為脫氯劑,不會再產(chǎn)生有機鹵代物#其分解產(chǎn)物是H2O和H2,不產(chǎn)生新的污染物,是具有很好前景的飲用水深度處理技術(shù).
二氧化氯氧化技術(shù)
一、概念
二氧化氯催化氧化法是一種新型高效的催化氧化技術(shù),它利用強氧化劑二氧化氯在非均相催化劑的存在下, 氧化降解廢水中的有機物,可直接氧化有機污染物為最終產(chǎn)物或?qū)⒋蠓肿佑袡C污染物氧化成小分子物質(zhì),提高廢水的可生化性。
二、原理
1、污染物與催化劑上活性中心以活化絡(luò)合物形式結(jié)合, 使反應(yīng)活化能降低;
2、催化劑對二氧化氯和污染物的強烈吸附作用, 使氧化劑和有機物質(zhì)在催化劑表面具有很高的濃度;
3、經(jīng)表面改性后的催化劑表面存在著大量的含氧基團,二氧化氯受激發(fā)也能產(chǎn)生多種氧化能力極強的自由基,促進氧化反應(yīng)的進行, 這樣在催化劑表面強氧化劑與有機物的濃度大大高于液相中濃度, 反應(yīng)條件得到改善,效率大大提高。
超臨界水氧化技術(shù)
一、概念
超臨界水氧化技術(shù)是利用水在超臨界狀態(tài)下的低介電常數(shù)、低黏度、高擴散系數(shù)及與有機物和氧氣(空氣)等氣體互溶的特性,使有機物和氧化劑在超臨界水介質(zhì)中發(fā)生快速氧化反應(yīng)來徹底去除有機物的新型氧化技術(shù)。
二、原理
超臨界水氧化技術(shù)是在高溫、高壓下,利用分子氧作為氧化劑,以超臨界水作為溶劑,把有機物氧化分解為CO2和H2O的反應(yīng)過程。
超臨界水氧化反應(yīng),可以用自由基反應(yīng)理論來解釋,產(chǎn)生自由基的過程為:
在具有液體和氣體的性質(zhì)的超臨界水中加入分子氧,活性氧與鍵能最弱的C-H作用產(chǎn)生自由基HO2·,它與有機物中的H生成H2O2,H2O2進一步分解產(chǎn)生羥基自由基:
H2O2 →2HO·
羥基自由基HO·與有機物反應(yīng)產(chǎn)生有機自由基R,而有機自由基又與O2反應(yīng)得到有機過氧自由基,有機過氧自由基進一步與有機物反應(yīng)產(chǎn)生有機過氧氫化物和有機自由基,由于過氧氫化物不穩(wěn)定,其鍵發(fā)生斷裂而生成較小分子量的化合物乙酸或甲醇,最后轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等物質(zhì)。
電催化氧化技術(shù)
一、概念
電催化氧化技術(shù)是利用具有催化性能的金屬氧化物電極,產(chǎn)生具有強氧化能力的羥基自由基或其它自由基和基團攻擊溶液中的有機污染物,使其完全分解為無害的H2O 和CO2的綠色化學(xué)技術(shù)。
二、原理
電化學(xué)法降解有機污染物是一個很復(fù)雜的過程,其機理研究還在探索之中,有研究者認為,其原理是利用電極在電場作用下,分解H2O,產(chǎn)生具有強氧化能力的經(jīng)基自由基(-OH基團),從而使許多難以降解的有機污染物分解為。入或其他簡單化合物。
根據(jù)氧化機理的不同,可分為陽極氧化、陰極還原和陰陽兩極協(xié)同作用三種形式。
1、陽極氧化是在電化學(xué)反應(yīng)器中,選用具有活性的陽極材料,污染物在電極上發(fā)生直
接電化學(xué)反應(yīng)或利用電極表面產(chǎn)生的強氧化性活性物質(zhì)使污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
2、陰極還原作用是通過在適當(dāng)電極電位下,通過合適陰極的還原作用產(chǎn)生過氧化氫或
Fe2+,再通過外加合適的試劑發(fā)生類Fenton試劑的反應(yīng),從而間接降解有機物,但一般效率較低。
3、陰陽兩極協(xié)同降解工藝是在陽極氧化工藝和陰極還原工藝的基礎(chǔ)上,通過合理設(shè)計
電化學(xué)反應(yīng)器,能同時利用陰陽兩極的作用,使得處理效率較單電極作用大大增強。
三、特點
優(yōu)點:
電催化氧化廢水處理技術(shù)具有操作管理方便,氧化條件可控程度高,易實現(xiàn)自動化控制,且處理廢水無需很多化學(xué)藥品,后處理簡單,設(shè)備集成度高,占地少
缺點: 1、電極的研制開發(fā)缺乏完備的理論指導(dǎo)
2、電流效率仍然偏低,能耗高
四、應(yīng)用
1、去處金屬離子污染物,用在電鍍、冶金等行業(yè)的廢水處理。
2、出去無機污染物,主要包括有毒有機鹽和被細菌分解時要消耗說中溶解氧的耗氧無機物。
3、出去有機污染物,主要用于處理難降解有機廢水、含酚廢水、難生化有機廢水
等離子體技術(shù)
一、概念
等離子體是具有化學(xué)反應(yīng)性的,表現(xiàn)出與其他物質(zhì)狀態(tài)不同的特異性能的氣體,又稱為物質(zhì)的第四態(tài)。
一般認為等離子體是由電子、正負離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子以及自由基等粒子組成的 并表現(xiàn)出集體行為的一種準(zhǔn)中性非凝聚系統(tǒng)。
二、原理
等離子體通過氣體放電產(chǎn)生。等離子體中的自電子與氣體中的原子和分子碰撞 ,引發(fā)原子、分子的能態(tài)變化 ,產(chǎn)生激發(fā)、分解和電離 ,所產(chǎn)生的物質(zhì)具有不穩(wěn)定性 ,相互之間發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)生成新的反應(yīng)產(chǎn)物。
濕式催化氧化
一、概念
濕式氧化法是在高溫、高壓下操作條件下,在液相中,用氧氣或空氣作為氧化劑,氧化水中呈溶解態(tài)或懸浮態(tài)的有機物或還原態(tài)的無機物的一種處理技術(shù)。
二、原理
濕式氧化過程比較復(fù)雜,一般認為有兩個主要步驟:
①空氣中的氧從氣相向液相的傳質(zhì)過程;
②溶解氧與基質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)。
超聲技術(shù)
一、定義及原理
一般認為頻率范闈16 kHz到1 MHz的超聲波輻照溶液會引起許多化學(xué)變化,產(chǎn)生超聲空化。超聲空化在溶液中除形成局部高溫高壓區(qū),還生成局部高濃度氧化性物質(zhì)如·OH和H2O2,并可形成超臨界水。這樣,超聲空化降解化學(xué)物質(zhì)有三種主要途徑:(1)自由基氧化,(2)高溫?zé)峤猓?3)超臨界水氧化。
超聲空化技術(shù)利用聲解將水體中有機污染物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、無機離子或比原有機物毒性小的有機物,具有操作方便、高效、無污染或少污染的特點,被認為是一種清潔且具有良好前景的方法。
光催化氧化技術(shù)
一、概念
光催化氧化技術(shù)是一種利用新型的復(fù)合納米高科技功能材料的技術(shù)、低溫深度反應(yīng)技術(shù)。它是指在可見光或紫外光的作用下,利用易于吸收光子能量的中間產(chǎn)物(常指催化劑)首先形成激發(fā)態(tài),然后再誘導(dǎo)引發(fā)反應(yīng)物分子的氧化過程。
二、原理
光催化劑納米粒子在一定波長的光線照射下受激生成電子—空穴對,空穴分解催化劑表面吸附的水產(chǎn)生氫氧自由基,電子使其周圍的氧還原成活性離子氧,從而具備極強的氧化—還原作用,將光催化劑表面的各種污染物摧毀。
三、特點
優(yōu)點:1、低溫深度反應(yīng) 2、凈化徹底3、綠色能源 4、氧化性強5、廣譜性 6、壽命長
缺點: 催化劑的光催化氧化效率不高,不能充分利用太陽能,光反應(yīng)器的設(shè)計不適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)
四、影響因素
光催化氧化技術(shù)的影響因素有氧氣或雙氧水用量、催化劑種類與用量、光強度、溶液濃度及PH值、溫度、無機鹽類、循環(huán)污水的流速等。
五、應(yīng)用
1、用于甲酸廢水的處理2、有機氯化物廢水的處理3、染料廢水的處理4、農(nóng)藥廢水的處理
5、含表面活性劑廢水的處理6、氟利昂及其他氟代烴的降解7、含油廢水的處理
Fenton氧化技術(shù)
一、原理
在含有Fe2+ 的酸性溶液中投加H2O2,H2O2 在Fe2+ 催化作用下,產(chǎn)生具高活性的·OH,并引發(fā)自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng),自由基作為氧化劑攻擊有機物分子,使有機物被氧化降解形成CO2,H2O 等無機物質(zhì)。
二、特點
優(yōu)點:
1、Fenton 試劑可以氧化水中的大多數(shù)有機物,適合處理難生物降解和一般物理化學(xué)方法難以處理的廢水;而對于一般的試劑難以氧化持久性有機物,特別是芳香類化合物及一些雜環(huán)類化合物,F(xiàn)enton 試劑對其中的絕大部分都可以無選擇地氧化降解。
2、產(chǎn)生的OH 可迅速降解多種有機物, 提高廢水的可生化性,反應(yīng)不會造成二次污染,H2O2的加入可以提供一部分溶解氧, 而且鐵的來源豐富, 減少了體系的處理成本,有較好的經(jīng)濟效益。
3、在黑暗中就能降解有機物, 節(jié)省了設(shè)備投資。
缺點:
1、反應(yīng)速率較慢, H2O2的利用率低, 有機物礦化不充分, 處理后的水可能帶有顏色, 較難應(yīng)用于飲用水的處理。
2、不能充分礦化有機物,在反應(yīng)過程中有部分初始反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成某些中間產(chǎn)物,這些中間產(chǎn)物或與Fe3+ 形成絡(luò)合物,或與·OH的生成路線發(fā)生競爭,并可能對環(huán)境的危害更大
3、Fe2+ 和 H2O2 的利用率不高。
三、Fenton氧化技術(shù)影因素
1、H2O2投加量及投加方式 2、Fe2+ 投加量 3、反應(yīng)時間 4、溶液pH 值
5、系統(tǒng)溫度 6、其它金屬離子催化作用
四、應(yīng)用
1、用于處理酚類廢水2、用于處理焦化廢水3、用于處理農(nóng)藥廢水4、用于處理垃圾滲濾液
Fenton 試劑在處理各種廢水的時候,其既可以在廢水處理的中段提高廢水的可生化性,又可以在處理系統(tǒng)的末端進行深度處理,再配合其他處理技術(shù)以達到中水回用,實現(xiàn)循環(huán)利用的目標(biāo)。
聯(lián)用
一、類Fenton試劑
把UV、氧氣等引入Fenton試劑,增強了Fenton試劑的氧化能力,節(jié)約了過氧化氫的用量。由于過氧化氫的分解機理與Fenton試劑極其相似,均產(chǎn)生·OH自由基,因此將各種改進了的Fenton試劑稱為類Fenton試劑。
主要有以下幾個系統(tǒng)
1、H2O2+UV系統(tǒng) 2、H2O2+UV+Fe2+系統(tǒng) 3、引入氧氣的Fenton系統(tǒng)
二、臭氧/生物活性炭技術(shù)
原理:
該工藝是將臭氧化學(xué)氧化、臭氧滅菌消毒、活性炭物理化學(xué)吸附、生物氧化降解4種技術(shù)合為一體的工藝。簡而言之,就是在傳統(tǒng)水處理工藝的基礎(chǔ)上,以預(yù)臭氧氧化代替預(yù)氯化,在快濾池后設(shè)置生物活性炭濾池、利用臭氧預(yù)氧化作用,初步氧化分解水中的有機物及其他還原性物質(zhì),以降低生物活性炭濾池的有機負荷,同時臭氧氧化能使水中難以生物降解的有機物斷鏈、開環(huán),將大分子有機物氧化為小分子有機物,提高原水中的有機物的可生化性和可吸附性,從而減小活性炭床的有機負荷,延長活性炭的使用壽命。
三、O3/H2O2氧化技術(shù)
O3和H2O2是兩種常用的氧化劑,將它們結(jié)合起來使用,其氧化能力大大加強,作為一種高級氧化工藝已被用于處理廢水和廢氣。
原理:
O3與H2O2的組合能夠產(chǎn)生一種氧化能力極強的活性基團·OH自由基。·OH自由基能夠激發(fā)有機環(huán)上的不活潑氫,通過脫氫反應(yīng),生成R·自由基,成為進一步氧化的引劑;·OH自由基還能通過羥基取代反應(yīng),將芳烴環(huán)上的—SO3H、—NO2等基團取代下來,從而生成不穩(wěn)定的羥基取代中間體,易于繼續(xù)發(fā)生開環(huán)裂解,直至完全降解為無機物。
四、UV/O3氧化技術(shù)
原理:
水中臭氧光解的第一步是產(chǎn)生H2O2,H2O2在紫外光照射下產(chǎn)生·OH,其主要過程如下:
由于有羥基自由基產(chǎn)生,臭氧的氧化能力大大提高。
五、超聲強化臭氧氧化技術(shù)
原理:
超聲波通過超聲空化作用強化臭氧氧化能力,提高臭氧利用率。
超聲空化作用原理是當(dāng)有一定功率的超聲波輻射水溶液時,水中的微小泡核在超聲負壓和正壓的作用下急速膨脹和壓縮、破裂和崩潰。由于該過程發(fā)生在納米級到微米級的范圍內(nèi),氣泡內(nèi)的氣體受壓后急劇升溫,可達到5000 K。高溫將氣泡內(nèi)的氣液界面的介質(zhì)裂解產(chǎn)生強氧化性的自由基。
六、高壓電暈與臭氧聯(lián)合技術(shù)
原理:
1、氧可通過脈沖產(chǎn)生的紫外線或高能電子形成·O和·OH進行一系列的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),紫外光還會激發(fā)溶液中的部分有機物產(chǎn)生活性臭氧還能與H202發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)將有機物降解。
2、高壓脈沖放電所產(chǎn)生的紫外光降解及等離子通道的熱解以及等離子通道的高溫可以使臭氧分解速率加快。
3、 高壓電暈和臭氧聯(lián)用則充分利用高壓脈沖放電產(chǎn)生的液電空化效應(yīng),在電極之間的氣泡周期性的膨脹一收縮,產(chǎn)生大量細小氣泡并增大接觸面積促使臭氧大量進入液相或在氣液界面反應(yīng),提高了臭氧氧化的利用效率,因而對有機污染物也有很好的降解效果
4、由于臭氧密度較小,介電常數(shù)較小(ε<1 ),液介電常數(shù)較大(ε為80)因而,在液體中,臭氧的存在易于引起氣體的局部放電,最終導(dǎo)致等離子通道的形成使有機物降解。
七、Fenton法與光催化聯(lián)合(UV/TiO2/Fenton)
原理:
將光催化與Fenton法相結(jié)合, 可以使兩者取長補短。當(dāng)Fenton試劑與UV/TiO2相結(jié)合時,可發(fā)生兩類氧化反應(yīng):①Fenton試劑自身生成的·OH氧化水中污染物;②Fenton試劑在UV照射下產(chǎn)生大量的·OH,進而使TiO2的表面羥基化,促進光催化氧化反應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)pH值條件適當(dāng)時兩個反應(yīng)都發(fā)生,且反應(yīng)速率較快;當(dāng)pH值較低或較高時,后者成為主反應(yīng),產(chǎn)生的·OH仍可使水中的污染物得到降解。
第三部分 膜分離技術(shù)
一、膜分離技術(shù)的原理
膜分離技術(shù)是指用半透膜作為障礙層,借助于膜的選擇滲透作用,在能量、濃度或化學(xué)位差的作用下對混合物中的不同組分進行分離提純。由于半透膜中濾膜孔徑大小不同,可以允許某些組分透過膜層,而其它組分被保留在混合物中,以達到一定的分離效果。
二、膜分離技術(shù)的優(yōu)點
1、膜分離過程裝置比較簡單,同時操作方便、結(jié)構(gòu)緊湊、維修費用低且方便、易于自動控制;
2、膜分離過程一般不涉及相變,無二次污染且能耗較低;膜分離過程可以在室溫或低溫下操作,適宜熱敏感物質(zhì)(酶、藥物)的濃縮分離;
3、膜分離過程具有相當(dāng)大的選擇性,適用對象廣泛,可以分離肉眼看得見的顆粒,也可以分離離子和氣體;
4、該過程可以在室溫下連續(xù)操作,設(shè)備易于放大,可以專一配膜,選擇合適的膜,從而得到較高的回收率;
5、膜分離處理系統(tǒng)可以在密閉系統(tǒng)中循環(huán)進行,因而可以防止外界的污染;
6、在過程中不用添加任何外來的化學(xué)物質(zhì),透過液可以循環(huán)使用,從而降低了成本,并可以減
少環(huán)境污染。
三、膜分離技術(shù)的缺點
1、在操作過程中,膜面易受污染,形成附著層,使膜的性能降低,降低膜的透水率,形成濃差極化現(xiàn)象。為了減少濃差極化,常采用錯流流程,即過濾液主體水平流過膜面,而過濾液是垂直通過膜面。
2、在膜分離技術(shù)中容易遇到膜污染問題,即膜的透水量隨運行時間延長而下降。因此需采用一定的方法對膜面或膜內(nèi)的污染物進行清洗,以使透水量得到提高。常用清洗方法是高流速水清洗和用化學(xué)清洗劑對膜進行清洗。
四、膜分離技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用
1、使用電滲析、反滲透法處理和回收電鍍廢水中的銅、鋅、隔、鉻、鎳等重金屬及氰化物;
2、使用電滲析、反滲透、超濾等技術(shù)處理造紙工業(yè)廢水和廢液并從中回收化學(xué)藥品;
3、使用電滲析法處理重金屬廢水和放射性廢水;
4、使用反滲透、超濾處理城市污水,可達到“中水”的指標(biāo),也可用于醫(yī)院污水以及化工、冶金焦化廢水的處理;
5、可使用反滲透法處理食品工業(yè)、照相工業(yè)、制藥廢水;
6、超濾可以處理城市污水、含油廢水、制毛、皮革、紙漿及纖維加工廢水、顏料和染料廢水、光學(xué)玻璃研磨廢水等;
7、微濾則用于電子、半導(dǎo)體工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中高純水的制備,油田采出水處理、城市污水的深度處理;
8、液膜法可處理有機廢水、含氨或含氰廢/水、含陰離子(如P043一 NO ,一)廢水等。
八種膜的應(yīng)用
一、微濾
微濾是以多孔細小的薄膜作為過濾的介質(zhì),以篩分原理為根據(jù)的薄膜過濾。在壓力作為推動力的作用下,溶劑、水、鹽類及大分子物質(zhì)均能透過薄膜,而微細顆粒和超大分子等顆粒直徑大于膜孔徑的物質(zhì)均被滯留下來,以達到分離的目的,進一步使溶液凈化。
二、超濾
超濾是根據(jù)篩分原理,以一定的壓力差為推動力,從溶液中分離出溶劑的操作。同微濾過程相比,超濾過程受膜表面孔的化學(xué)性質(zhì)影響較大,在一定的壓力差下溶劑或小分子量的物質(zhì)可以透過膜孔,而大分子物質(zhì)及微細顆粒卻被截留,以達到分離目的。超濾膜通常為不對稱膜,膜孔徑的大小和膜表面的性質(zhì)分別起著不同的截留作用。超濾
三、納濾
納濾也是根據(jù)吸附、擴散原理,以壓力差為推動力的膜分離過程。納濾又可以稱為低壓反滲透,是一種新型的膜分離技術(shù),這種膜過程,拓寬了液相膜分離的應(yīng)用,分離性能介于超濾和反滲透之間,其截斷分子量約為200~2000。納米膜屬于復(fù)合膜,允許一些無機鹽和某些溶劑透過膜。納濾過程所需外加壓力比反滲透低得多,具有節(jié)約動力的優(yōu)點。它能截斷易透過超濾膜的那部分溶質(zhì),同時又可能被反滲透膜所截斷的溶質(zhì)透過,其特有功能是反滲透和超濾無法取代的。
四、反滲透
反滲透過程主要是根據(jù)溶液的溶解、擴散原理,以壓力差為推動力的膜分離過程。它與自然的滲透過程剛好相反。滲透和反滲透均是通過半透膜來完成的。在濃溶液一側(cè),當(dāng)施加壓力高于自然滲透壓力時,就會迫使溶液中溶劑反向透過膜層,流向稀溶液一側(cè),從而達到分離提純的目的。
五、滲析
一種以濃度差為推動力的膜分離操作,利用膜對溶質(zhì)的選擇透過性 ,實現(xiàn)不同性質(zhì)溶質(zhì)的分離。即利用半透膜能透過小分子和離子但不能透過膠體粒子的性質(zhì)從溶膠中除掉作為雜質(zhì)的小分子或離子的過程。
滲析時將膠體溶液置于由半透膜構(gòu)成的滲析器內(nèi),器外則定期更換膠體溶液的分散介質(zhì)(通常是水),即可達到純化膠體的目的。
六、電滲析
電滲析是以電位差為推動力,在直流電作用下利用離子交換膜的選擇透過性,把電解質(zhì)從溶液中分離出來,從而實現(xiàn)溶液的淡化、精制或純化目的。
七、滲透蒸發(fā)
滲透蒸發(fā)是在膜的滲透邊側(cè)形成真空,以膜的前后兩側(cè)的化學(xué)位差為推動力伴隨著相變,由膜選擇吸附及在膜中滲透速率不同而進行分離。主要特點是選擇分離系數(shù)高,傳質(zhì)速率大,熱效率高,操作簡單,耗能少,易于實施,不需要加壓等。在傳統(tǒng)分離手段難以處理的共沸物、沸點相近的物系、同分異構(gòu)體的分離以及有機溶液中微量水的脫除等領(lǐng)域顯示出獨特的優(yōu)勢。
八、 液膜
液膜是懸浮在液體中的一層乳液微粒,形成液膜是懸浮在液體中的一層乳液微粒,形成液相膜。依據(jù)溶解、擴散原理,通過這層液相膜可以將兩個組成不同而又互溶的溶液分開,并通過滲透的現(xiàn)象起到分離、提純的效果,它克服了固體膜存在的選擇性低和通量小的特點。液膜一般由溶劑、表面活性劑和添加劑構(gòu)成。 "