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1 高級氧化技術(AOP5)
AOP5主要包括O /UV法、Uv/固相催化劑法、H202/UV法、H202/Fe2+法、03/H202法等 。其原理是反應中產生氧化能力極強的·OH,·OH能夠無選擇性地氧化水中的有機污染物,使之完全氧化為CO2和H20。AOP5技術經濟指標先進、無毒、無污染,是典型的綠色水處理技術,其中由于光催化氧化法*為經濟而成為研究的熱點。
2 超臨界水氧化法(SCWO)
超臨界水是指在溫度和壓力分別超過臨界狀態溫度374oc和臨界壓力22MPa時,處于超臨界狀態的水。超臨界水對有機物和氧氣都是極好的溶劑,有機物的氧化可以在富氧的均一相中進行,反應不會因相間轉移而受限制 。SCWO具有無需催化劑、停留時間短、去除效率高、清潔、廣譜等優點,可用于化工、醫藥、食品、軍事工業和核工業廢水以及城市污水的處理。但目前國內大多僅是實驗室的研究。
3 電催化氧化法
電催化氧化法利用電解時特種電極材料的催化作用產生·OH,使有機污染物完全氧化為CO2和H20。該法處理效果好且速度快,占地面積小,實施過程無污染,后處理簡單,不產生毒害中間產物,是一種綠色水處理技術。
目前,電催化氧化法在含烴、醛、醇、醚、酚及染料等有機污染物的處理中逐漸得到應用,但是尚存在實用化的電極材料不多,電極壽命不長,能耗較大等缺點。在實際應用方面,需要解決有效抑制析氫析氧等副反應,提高電流效率,改進填料、電源方式等問題。
4 超聲波降解技術
超聲波降解技術的原理是:在超聲波以一定頻率與強度作用于液相反應系統時,液體的密度降低到足以使液體介質中“撕裂”出大量瞬間生成又瞬時崩潰的微小“空化泡”,從而將聲場的能量集中起來。在壓縮過程中,已存在的空化泡被大大壓縮、崩潰,在極小的空間內將能量釋放出來,產生瞬時局部高溫(5000K)和高壓(50.7MPa),即所謂的“熱點”,空化過程中伴隨著的高溫可導致自由基·OH、HO2·、H·、H202和超臨界水的形成及聲致發光現象,高壓將在液體中產生強大的沖擊波(均相)或高速(>110m/s)射流(非均相),可以大大加速與促進氧化還原分解反應,特別是非均相反應的進行,使一些需要在較高溫度與壓力等條件下的反應可在常態下順利進行 。
該法具有少污染或無污染、設備簡單等優點,同時還有殺菌消毒功效,是一種很有潛力的水處理新技術。但由于能量轉化效率和能耗的關系,還未在實際中大規模的使用。
5 膜分離技術
膜分離技術是一項新興的高效分離技術,它具有物質不發生相變,分離系數大,在常溫下進行,裝置簡單,適用范圍廣,操作方便等特點。在廢水處理中可實現水的閉路循環,符合可持續發展戰略的綠色理念,在水處理技術領域被廣泛應用。它包含微濾、超濾、滲析、電滲析、納濾和反滲透、滲透蒸發、液膜等。
膜分離技術在環境保護的各個領域的應用越來越廣泛,已經應用于含油廢水、電廠循環冷卻水、飲用水的深度處理、鍋爐脫鹽水、高濃度生活污水等處理過程中。但是,膜法對進水水質要求高,膜需要定期清洗,存在著經常費用和運轉費用較高的問題。
(一) 無機混凝劑
1.低分子無機混凝劑
目前應用*廣泛的簡單無機型絮凝劑是鐵系、鋁系金屬鹽。主要有三氯化鐵、硫酸亞鐵和硫酸鋁。三氯化鐵(Fe:常用的是六水合三氯化鐵(FeCl3•6H20)形成的礬花沉淀性好,處理低溫水或低濁度水效果比鋁鹽好,適宜pH值范圍較寬,但處理后水的色度比鋁系的高,有腐蝕性。硫酸亞鐵(FeS04•H20)離解出的Fe2+只能生成*簡單的單核絡合物,不如二價鐵鹽那樣有良好的混凝效果。硫酸鋁(Al2(S04)3)是廢水處理中使用*多的絮凝劑,使用便利,絮凝效果好,當水溫低時水解困難,形成的絮體較松散,它的有效pH值范圍較窄。明磯(Al2(S04)3•K2S04.24H20)的作用機理與硫酸鋁同[14]。
2.無機高分子絮凝劑
無機離分子絮凝劑混凝效果高、價格低,有逐步成為主流藥劑的趨勢。我國此類絮凝劑的開發成績顯著。無機高分子絮凝劑的品種有陽離子型,如聚合氯化鋁(PACL聚合硫酸鋁(PAS)、聚合磷酸鋁(PAP)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鐵(PFC)、聚合磷酸鐵(PFP)、聚亞鐵和陰離子型,如聚合硅酸〔PS〕[15]。
聚合氯化鋁(PAC):對各種廢水都可以達到好的絮凝效果,能快速形成大的礬花,沉淀性能好,適宜的pH值范圍較寬(pH在5-9之間),且處理后水的pH值和堿度下降較小。水溫低時,仍可保持穩定的絮凝效果,其堿化度比其它鋁鹽、鐵鹽為高,因此藥液對設備的侵蝕作用小。
聚合硫酸鐵(PFS):混凝體形成速度快,密集且質量大且沉降速度快。尤其對低溫低濁水有優良的處理效果,適用水體pH值范圍(pH在4-11之間),腐蝕性小。實驗表明,用聚鐵凈化水,可降低亞硝氮及鐵的含量。因此,它是優良安全的飲用水混凝劑劑,有取代對人體有害的聚合鋁混凝劑的趨勢。
聚亞鐵:可將高價金屬離子還原成低價金屬離子,且不需酸化。該混凝劑在水體中具有電荷中和與吸附架橋雙重功能。與活性劑共用,可使膠體物質轉變為混凝體,同時除去廢水中的Cu、Zn、Ni等金屬離子,成為高效電鍍廢水凈化劑。
聚合硫酸鋁(PAS):去除濁度效果顯著,并有較廣的溫度使用范圍和對原水的適用范圍。不僅可處理工業用水,還可處理工業廢水。聚合硫酸鋁混凝劑國外已有報道。
聚合硅酸(PS):目前對聚合硅酸制備方法、聚合機制、聚合度的影響因素勻己研究較為透徹。研究發現,可利用中和所達到pH值的不同來控制聚合速度。聚硅酸具有很強的粘結聚集能力和吸附架橋作用。楊修造等[16]對聚硅酸的膠凝特性進行了研究,證明了聚硅屬陰離子型。聚硅酸的*大缺點是產品性質不穩定,故不能成為獨立商品。
(二)有機高分子混凝劑
有機高分子混凝劑具有用*少、混凝速度快,受鹽類、pH值及溫度影響小,生成污泥量少且易處理等優點,有廣闊的應用前景。目前使用的混凝劑主要有合成和天然改性兩種。
聚丙烯酰胺:在合成的有機高分子絮凝劑中,聚丙烯酰胺的應用*多。聚丙烯酰胺有非離子型、陽離子型和陰離子型三種。它們的分子量均在50-600萬之間。由于這類絮凝劑存在一定量的殘余單體丙烯酰胺,不可避免地帶來了毒性。高分子量(106以上)的聚丙烯酸納屬陰離子型混凝劑,有強的混凝作用且無毒。聚丙烯酸納對懸浮于水介質中的細粒子產生非離子吸附,使粒子間產生交聯。它對具有金屬氫氧化物這類正電荷的膠體粒子更顯示出其優良的性能。
聚二甲基二丙烯基氯化銨:陽離子型高分子化合物,用于水處理能獲得比目前較常用的無機高分子絮凝劑和有機高分子混凝劑聚丙烯酰胺更好的處理效果,可單獨使用,也可與無機混凝劑并用。
淀粉衍生物:可以吸附帶負電荷的有機或無機懸浮物質。近年來淀粉聚丙烯酰胺接枝共聚物的研究已取得了一定的進展。
甲殼素衍生物:對甲殼素進行分子改良得到的殼聚糖是一種很好的混凝劑。
植物膠改性多功能處理劑:進入70年代以來,國外陸續開發了一些兼具混凝、緩蝕等多種功能的合成有機高分子處理劑,這些藥劑不僅具有良好的混凝性能,而且還有緩蝕、殺菌等作用。
(三)復合型混凝劑
高效復合型混凝劑是近年來才發展起米的,其發展非常迅猛,種類比較多,它的作用機理在于離子間的相互增效作用。
聚合氯化鋁鐵:可利用煤石為原料制得,兼具有鐵鹽和鋁鹽的特性,在pH值7.O-8.2的范圍內,其去除濁度效果和絮體沉降性能都優于聚合鋁。
聚合硫酸氯化鋁鐵:以鋁土礦等為原料制得,其組成為含有多核聚鐵及聚鋁與氯根、硫酸根配位的復合型無機高分子,兼備鐵、鋁混凝劑的優良性能。在某些方面,具有比PAC更好的效果。并且其生產工藝簡單,成本低,在水處理中具有廣闊的應用價值。
聚氯硫酸鐵:利用硫酸/鹽酸混酸溶解軋鋼廢鋼渣的溶出液為原料,可制得聚氯硫酸鐵。它具有電荷中和與吸附架橋功能,形成的礬花大,沉降快,污泥脫水性能好,無二次污染。
聚合硫酸鋁鐵:以硫酸亞鐵為原料在酸性條件下反應l小時,即得到鹽基度20%以上的復合聚合硫酸鋁鐵,它對污水具有很好的混凝效果。
聚磷氯化鋁:聚磷氯化鋁比PAC具有更強的吸附性能,且混凝反應速度快,生成的礬花大等優點。
聚磷氯化鐵:在聚合氯化鐵中引入適量的P043-能制得,研究表明P043-在聚合鐵中的含量有一定的范圍,超出此范圍混凝效果反而下降。
聚硅氯化鋁:用聚硅酸與聚合氯化鋁可制得性能優異的聚硅氯化鋁。
聚硅酸鐵鋁:其實驗結果體現了電中和、吸附架橋、沉淀網捕作用的綜合效應。適應pH值范圍寬、貯存期長(超過1個月)、易操作、用藥量少、沉降性能好,用藥量范圍寬等優點。
無機化合物還可與有機化合物組合形成復合型的混凝劑,如聚合鋁/聚丙烯酰胺、聚合鐵/甲殼素、聚合鋁/陽離子有機高分子等等,復合型的高效混凝劑性能、經濟、二次污染等方面的綜合性能是*好的,目前混凝研究領域*熱的也是復合型高效混凝劑。