Seis tecnologías de oxidación avanzadas
01, Tecnología de oxidación química
La tecnología de oxidación química se utiliza a menudo para el pretratamiento del tratamiento biológico. Generalmente, bajo la acción de un catalizador, los oxidantes químicos se utilizan para tratar aguas residuales orgánicas para mejorar su biodegradabilidad, o para oxidar y degradar directamente la materia orgánica de las aguas residuales para estabilizarla.
1. Método de oxidación del reactivo de Fenton Esta tecnología se originó a mediados de la década de 1990, propuesta por el científico francés H.J. Fenton. oh? Bajo la catálisis de iones Fe2+, el ácido tartárico puede oxidarse eficazmente y aplicarse a la oxidación del ácido málico. Durante mucho tiempo, el principio fundamental de Fenton fue utilizar iones ferrosos como catalizador para el peróxido de hidrógeno. La fórmula molecular del radical hidroxilo producido por la reacción es: Fe2++H2O2-Fe3++OH-+. Ah, y la mayoría de las reacciones tienen lugar en condiciones ácidas.
Dentro de los métodos de oxidación química, el método Fenton muestra ciertas ventajas en el procesamiento de algunos compuestos orgánicos refractarios (como fenoles y anilinas). Con la profundización de la investigación sobre el método Fenton, en los últimos años se han introducido luz ultravioleta y oxalato en el método Fenton, lo que mejora en gran medida la capacidad de oxidación del método Fenton.
2. El sistema de oxidación con ozono tiene un alto potencial redox y puede oxidar la mayoría de los contaminantes orgánicos en las aguas residuales, y se usa ampliamente en el tratamiento de aguas residuales industriales. El ozono puede oxidar mucha materia orgánica en el agua, pero la reacción entre el ozono y la materia orgánica es selectiva y la materia orgánica no se puede descomponer completamente en CO. ¿Y qué pasa con h? o, el producto de la oxidación del ozono suele ser ácido carboxílico. Además, las propiedades químicas del ozono son extremadamente inestables, especialmente en agua impura, y la velocidad de descomposición oxidativa se mide en minutos.
En el tratamiento de aguas residuales no se suele utilizar la oxidación con ozono como unidad de tratamiento multibanda. Se suelen añadir algunos métodos de refuerzo, como la ozonización fotocatalítica, la ozonización catalítica alcalina, la ozonización catalítica heterogénea, etc. Además, la combinación de oxidación de ozono y otras tecnologías también es el foco de investigación, como el método de ozono/ultrasónico, el método de adsorción de ozono/carbón activado biológico, etc.
02. Método de oxidación catalítica electroquímica
Esta tecnología se originó en la década de 1940 y tiene una amplia gama de aplicaciones, alta eficiencia de degradación, requisitos energéticos simples y métodos de fácil automatización y flexibilidad. y diversidad y muchas otras ventajas. La oxidación catalítica electroquímica no solo se puede utilizar para el pretratamiento de aguas residuales refractarias para mejorar su biodegradabilidad, sino que también se puede utilizar como una tecnología de tratamiento avanzada para aguas residuales de fenol refractario. En condiciones optimizadas de pH, temperatura e intensidad de corriente, el fenol se puede descomponer casi por completo.
Para las aguas residuales que contienen fenol altamente concentradas, refractarias, tóxicas y nocivas, los métodos biológicos tradicionales y los métodos físicos y químicos han perdido sus ventajas, y los métodos de oxidación química han dificultado su promoción y aplicación debido a su alto costo. . El método de oxidación catalítica electroquímica se está volviendo cada vez más popular, pero todavía existen algunos problemas, como el alto consumo de energía, los materiales de los electrodos de metales preciosos, el alto costo, la corrosión del ánodo, etc. Las investigaciones sobre cinética y termodinámica microscópicas que guían su promoción y aplicación son aún no está completo.
03. Tecnología de oxidación húmeda
La oxidación húmeda, también conocida como combustión húmeda, es un método eficaz para el tratamiento de aguas residuales orgánicas de alta concentración. Su principio básico es introducir aire a alta temperatura y alta presión para oxidar los contaminantes orgánicos en las aguas residuales. Según si hay un catalizador en el proceso de tratamiento, se puede dividir en oxidación con aire húmedo y oxidación catalítica con aire húmedo.
1. Método de oxidación con aire húmedo El primer método de oxidación con aire húmedo (WAO) fue desarrollado e industrializado por Zimpro Company de los Estados Unidos. Este método ha aplicado el proceso WAO al tratamiento de residuos de líquido de lavado y propileno. procedentes de la producción de olefinas, aguas residuales industriales tóxicas y nocivas, como las aguas residuales de la producción de nitrilo y las aguas residuales de la producción de pesticidas. La tecnología WAO consiste en hacer pasar aire a alta temperatura (125 ~ 320 ℃) y alta presión (0,5 ~ 20 MPa) para oxidar y degradar directamente la materia orgánica de alto peso molecular en las aguas residuales en materia inorgánica o materia orgánica de bajo peso molecular.
Al utilizar la tecnología de oxidación con aire húmedo para pretratar las aguas residuales de la producción de dimetoato, las tasas de eliminación de fósforo orgánico y azufre orgánico alcanzan el 95% y el 90%. El método WAO de Zimpro tiene una alta eficiencia de procesamiento y un tiempo de reacción corto, pero requiere altas temperaturas y altas presiones, una gran inversión en equipos y condiciones operativas duras, lo que dificulta su aceptación por parte de las empresas en general. Por lo tanto, los métodos de oxidación catalítica con aire húmedo que utilizan catalizadores para reducir la temperatura y presión de la reacción o acortar el tiempo de residencia de la reacción han recibido amplia atención e investigación en los últimos años.
2. Oxidación por aire catalítico húmedo El método de oxidación por aire catalítico húmedo (CWAO) añade un catalizador adecuado al proceso tradicional de tratamiento de oxidación húmeda para completar la reacción de oxidación en condiciones más suaves y en un tiempo más corto. Por lo tanto, se puede reducir la temperatura y la presión de la reacción, se puede mejorar la capacidad de descomposición oxidativa, se puede acelerar la velocidad de la reacción y se puede acortar el tiempo de residencia, reduciendo así la corrosión del equipo y los costos operativos. Los aspectos clave en la oxidación catalítica con aire húmedo son los catalizadores altamente activos y fácilmente reciclables.
Los catalizadores CWAO se dividen generalmente en tres categorías: sales metálicas, óxidos y óxidos compuestos. Según la forma del catalizador en el sistema, la oxidación catalítica con aire húmedo se puede dividir en oxidación catalítica húmeda homogénea y oxidación catalítica húmeda heterogénea.
2.1 Método de oxidación catalítica húmeda homogénea. En el método de oxidación catalítica húmeda homogénea, dado que el catalizador (principalmente iones metálicos) son sales de metales de transición solubles, estas sales existen en forma de iones en las aguas residuales y desencadenan reacciones de radicales libres del oxidante a nivel iónico o molecular. Se regenera continuamente y desempeña un papel catalítico en la reacción de oxidación de la materia orgánica en el agua. En el método de oxidación catalítica húmeda homogénea, dado que el catalizador funciona de forma independiente a nivel molecular o iónico, la actividad molecular es alta, lo que mejora el efecto de oxidación. Sin embargo, dado que el catalizador en el método de oxidación catalítica húmeda homogénea existe en forma de iones, es difícil recuperarlo y reutilizarlo de las aguas residuales, y es fácil causar contaminación secundaria.
2.2 Método de oxidación catalítica húmeda multifásico. En la oxidación catalítica húmeda heterogénea, se agrega un catalizador sólido insoluble al sistema de reacción y el efecto catalítico se realiza en la superficie del catalizador. La superficie específica del catalizador tiene una gran influencia en la tasa de degradación de la materia orgánica. Debido a los diferentes tipos de catalizadores sólidos y a las propiedades de las aguas residuales, los efectos de la oxidación catalítica húmeda también son diferentes. En el proceso de oxidación catalítica húmeda de múltiples fases, el catalizador sólido no se disuelve ni se pierde, es fácil de activar, regenerar y recuperar, y tiene amplias perspectivas de aplicación.
04. Tecnología de oxidación con agua supercrítica
La tecnología de oxidación con agua crítica es una mejora y mejora de la tecnología de oxidación con aire húmedo. Fue desarrollada con éxito por la empresa estadounidense MODAR en 1982. El principio es utilizar agua supercrítica como medio para oxidar y descomponer la materia orgánica.
También utiliza agua como fase líquida principal, oxígeno del aire como oxidante y reacciona a alta temperatura y presión. Sin embargo, la mejora y mejora radica en utilizar las propiedades del agua en estado supercrítico para reducir la constante dieléctrica del agua hasta acercarla a la de la materia orgánica y el gas, de modo que el gas y la materia orgánica puedan disolverse completamente en agua, la fase La interfaz desaparece y se forma un sistema de oxidación homogéneo, eliminando la. Reduce la resistencia a la transferencia de masa entre fases durante el proceso de oxidación húmeda y aumenta la velocidad de reacción. Además, debido a la mayor actividad independiente de los radicales libres oxidativos en el sistema homogéneo, también aumenta el grado de oxidación.
El agua supercrítica es un buen disolvente de materia orgánica y oxígeno. La materia orgánica sufre una oxidación homogénea en agua supercrítica rica en oxígeno y la velocidad de reacción es muy rápida. A 400 ~ 600 ° C, la estructura de la materia orgánica se puede destruir en unos pocos segundos y la reacción es completa y completa, lo que permite que el carbono orgánico y el hidrógeno se conviertan completamente en CO. ¿Y qué pasa con h? o .
La tecnología de oxidación con agua supercrítica ha atraído cada vez más atención debido a su rápida reacción y oxidación completa. Cómo utilizar catalizadores para reducir la temperatura y la presión de la reacción o acortar el tiempo de residencia de la reacción es un tema de investigación en este campo. En la actualidad, los catalizadores más utilizados se utilizan en procesos de oxidación catalítica húmeda. Encontrar catalizadores con propiedades catalíticas de amplio espectro es una dificultad en la tecnología de oxidación de agua supercrítica.
05. Tecnología de oxidación fotocatalítica
La tecnología de oxidación fotocatalítica se desarrolla sobre la base de la tecnología de oxidación fotoquímica. La tecnología de oxidación fotoquímica es un proceso de reacción que oxida y degrada contaminantes orgánicos bajo la acción de la luz visible o la luz ultravioleta. Parte de la luz ultravioleta cercana (290 ~ 400 nm) del entorno natural es fácilmente absorbida por los contaminantes orgánicos y se produce una fuerte reacción fotoquímica en presencia de sustancias activas, degradando así la materia orgánica. Sin embargo, debido a las limitaciones de las condiciones de reacción, la degradación oxidativa fotoquímica a menudo no es lo suficientemente completa y produce fácilmente una variedad de intermedios orgánicos aromáticos, lo que se convierte en un problema que debe superarse en la oxidación fotoquímica.
Desde que Carey et al. utilizaron por primera vez TiO2 para degradar bifenilo y bifenilo clorado en 1976, el enfoque de la investigación de la tecnología de oxidación fotocatalítica se ha desplazado hacia la degradación por oxidación fotocatalítica de contaminantes orgánicos utilizando TiO2 como catalizador.
La tecnología de oxidación fotocatalítica es un nuevo tipo de tecnología de tratamiento de agua. Tiene una estructura de equipo simple, condiciones de reacción suaves, fácil control de las condiciones de operación, fuerte capacidad de oxidación, sin contaminación secundaria, alta estabilidad química del dióxido de titanio. y sin contaminación. Tiene ventajas como toxicidad y bajo precio, y tiene amplias perspectivas de aplicación.
06. Método de oxidación ultrasónica
Con el desarrollo de la sonoquímica, su aplicación en el tratamiento de aguas y aguas residuales ha atraído cada vez más atención. La fuente de energía de la oxidación ultrasónica es la cavitación acústica. Cuando una onda ultrasónica suficientemente fuerte (15 kHz-20 MHz) pasa a través de una solución acuosa, la amplitud de la presión sonora excede la presión estática en el líquido en medio período de presión acústica negativa y los núcleos de cavitación en el líquido se expanden rápidamente. . Durante el medio ciclo de la presión positiva de la onda acústica, la burbuja se rompe nuevamente debido a la compresión adiabática, que dura aproximadamente 0,1 μs. En el momento de la ruptura, se produce un ambiente local de alta temperatura y alta presión de aproximadamente 5000 K y Se genera 100 MPa, lo que da como resultado un microchorro de fuerte impacto con una velocidad de 1100 m/s.
El equipo utilizado en la oxidación ultrasónica es un transductor ultrasónico magnetoeléctrico o piezoeléctrico, que genera ondas ultrasónicas mediante la conversión de energía electromagnética. Los sonicadores de panel radiante, tipo sonda y reactores NAP se utilizan ampliamente en los laboratorios. La reacción de oxidación ultrasónica es suave, generalmente se realiza a temperatura ambiente y no requiere equipo elevado. Es una tecnología de tratamiento ecológico libre de contaminación con amplias perspectivas de aplicación.