¿Qué es la tecnología de oxidación avanzada?
Tecnología de oxidación avanzada Actualmente, el método biológico más utilizado para el tratamiento de aguas residuales es el de tratar sustancias con baja biodegradabilidad y pesos moleculares relativos que oscilan entre miles y decenas de miles, mientras que los métodos de oxidación química pueden mineralizarse o pasar directamente. ellos mediante oxidación mejora la biodegradabilidad de los contaminantes y también tiene grandes ventajas en el tratamiento de trazas de sustancias químicas nocivas como las hormonas ambientales. Sin embargo, los oxidantes como O3, H2O2 y Cl2 tienen desventajas como una débil capacidad oxidante y selectividad, lo que dificulta el cumplimiento de los requisitos. En 1987, Gaze et al. propusieron procesables de oxidación avanzada (AOP), que superan los problemas de los métodos de oxidación ordinarios y han atraído cada vez más atención debido a sus ventajas únicas.
Gaze et al. llaman proceso AOP al proceso de oxidación que utiliza radicales hidroxilo como oxidante principal en el proceso de tratamiento de agua, y cuando se utiliza en el tratamiento de agua, se le llama método AOP. Los procesos típicos de AOP homogéneos incluyen O3/UV, O3/H2O2, UV/H2O2, H2O2/Fe2 (reactivo de Fenton), etc. El tratamiento con ozono bajo valores de pH altos también puede considerarse un proceso de AOP, y también se puede considerar alguna otra oxidación fotocatalítica. un proceso AOP.
La característica más significativa del método de oxidación avanzada es que los radicales hidroxilo se utilizan como oxidante principal para reaccionar con la materia orgánica. Los radicales libres orgánicos generados en la reacción pueden seguir participando en la reacción en cadena del HO. , o generando peroxidación orgánica Después de que se liberan los radicales libres, se producen más reacciones de descomposición oxidativa hasta que se degradan en los productos finales CO2 y H2O, logrando así el propósito de la descomposición oxidativa de la materia orgánica. En comparación con otros métodos tradicionales de tratamiento de agua, el método de oxidación avanzada tiene las siguientes características: produce una gran cantidad de radicales hidroxilo muy activos·HO. Su capacidad oxidante (2,80v) es superada solo por el flúor (2,87). de la reacción, puede inducir la reacción en cadena posterior, las constantes de velocidad de reacción de los radicales hidroxilo y diferentes sustancias orgánicas son muy diferentes. Cuando hay múltiples contaminantes en el agua, una sustancia no se degradará mientras que la otra permanecerá básicamente sin cambios. ;· El HO no puede reaccionar selectivamente directamente con los contaminantes en las aguas residuales para degradarlos en dióxido de carbono, agua y sustancias inofensivas sin causar contaminación secundaria. Los métodos de oxidación química ordinaria a menudo no pueden reaccionar directamente debido a la mala capacidad de oxidación y la reacción selectiva. Al eliminar la materia orgánica y reducir el TOC y la DQO, este problema básicamente no existe en el método de oxidación avanzado. Los productos intermedios en el proceso de oxidación pueden continuar reaccionando con los radicales hidroxilo hasta que finalmente se oxidan por completo en dióxido de carbono y agua, logrando así su total oxidación. El propósito de eliminar TOC y DQO porque es un proceso físico y químico, es fácil de controlar para satisfacer las necesidades de tratamiento e incluso puede reducir los contaminantes de nivel 10-9 en comparación con los métodos de oxidación química ordinarios, la reacción de los métodos de oxidación avanzados; La velocidad es muy rápida y la constante de velocidad de reacción general es superior a 109 mol-1Ls-1, lo que puede cumplir con los requisitos del tratamiento en poco tiempo. Puede usarse como tratamiento separado o combinarse con otros procesos de tratamiento. Como pretratamiento para el tratamiento bioquímico, puede reducir los costos de procesamiento.
Los resultados de investigaciones anteriores han confirmado la viabilidad de la oxidación avanzada en el tratamiento de aguas residuales y han mostrado amplias perspectivas de tratamiento en el campo del tratamiento del agua. De hecho, en países extranjeros, especialmente en Europa, el método de oxidación avanzada se ha utilizado ampliamente en algunos procesos industriales que no son sensibles a los costos económicos. En China, el proceso UV/H2O2 también se ha utilizado recientemente para tratar las aguas residuales de las fábricas de papel. años y ha logrado resultados notables, la investigación sobre sistemas O3/UV para tratar los gases de escape ya ha comenzado. En los últimos años, el campo de aplicación de los procesos de oxidación avanzados se ha ampliado a contaminantes persistentes y difíciles de degradar en cuerpos de agua. Además, también se están llevando a cabo investigaciones sobre nuevos reactores, reactores de flujo impactante y acoplamiento de métodos de oxidación avanzados necesarios para el proceso de oxidación avanzada para mejorar aún más la degradación de las aguas residuales y mejorar su efecto de tratamiento. También hay ejemplos de aplicaciones de procesos de oxidación avanzados en la desinfección de aguas residuales urbanas, el tratamiento de aguas residuales de hospitales y el tratamiento de aguas residuales de campo. Con una investigación en profundidad sobre la oxidación avanzada, se espera que se utilice ampliamente en más campos en un futuro próximo, y también se generarán nuevas teorías y tecnologías.
Aplicación de tecnología de oxidación avanzada en el tratamiento de aguas residuales con pesticidas Hora de actualización: 1-7 14:41 Autor: Zhang Yingmin, Li Kaiming, Zhou Weijian, Wang Wei, Zhang Zhaoyun, Jia Yan Resumen: Una revisión de la tecnología de oxidación avanzada para el tratamiento de aguas residuales con pesticidas, incluyendo el método catalítico ligero, el método Fenton (Fenton), el método de oxidación con ozono (O3), el método de oxidación catalítica húmeda (CWAO), el método de degradación ultrasónica y el método electroquímico. Combinado con el progreso de los métodos de tratamiento de aguas residuales con pesticidas, se presentan los logros y problemas existentes en la aplicación de varios métodos de oxidación avanzados y se prospecta la aplicación de métodos de oxidación avanzados en el tratamiento de aguas residuales con pesticidas. Palabras clave: oxidación avanzada; pesticidas; tratamiento de aguas residuales. En la producción agrícola moderna, los pesticidas desempeñan un papel muy importante en el aumento del rendimiento de los cultivos y la reducción de plagas y enfermedades. China es un importante productor de pesticidas. Desde 2001, su producción anual de pesticidas ha crecido a una tasa no menor al 5%. En 2007, la producción técnica nacional de plaguicidas alcanzó 1,73 millones de toneladas, ocupando el primer lugar en el mundo. Cada año, cientos de millones de toneladas de aguas residuales de producción de pesticidas se vierten en todo el país, pero la tasa de tratamiento es inferior al 10%. Debido a la alta concentración de materia orgánica en las aguas residuales de los pesticidas y a la compleja composición de los contaminantes, que son difíciles de biodegradar y altamente tóxicos, causan un gran daño al medio ambiente [1]. En la actualidad, los principales métodos de tratamiento de aguas residuales de plaguicidas incluyen métodos físicos (adsorción, extracción, separación por gravedad, etc.), métodos bioquímicos (tratamiento biológico aeróbico, tratamiento biológico anaeróbico) y métodos químicos (incineración, oxidación avanzada, etc.) [2 ]. Los métodos físicos no eliminan completamente los contaminantes, solo cambian la forma y la forma en que existen los contaminantes. Los métodos bioquímicos comenzaron muy temprano en mi país, en la década de 1980, algunos estudiosos utilizaron microorganismos para degradar los pesticidas organofosforados [3], pero los métodos bioquímicos todavía existen. Los problemas del largo tiempo de tratamiento y la baja eficiencia limitan el desarrollo posterior de métodos bioquímicos; el método de oxidación avanzado en los métodos químicos puede producir radicales hidroxilo (·OH) altamente oxidantes, que finalmente oxidan los contaminantes orgánicos en dióxido de carbono, agua y sales minerales. las ventajas de un tiempo de procesamiento corto y sin selectividad [4], y se han desarrollado rápidamente en los últimos años. Las tecnologías de tratamiento de oxidación avanzadas comúnmente utilizadas incluyen fotocatálisis, método Fenton, oxidación con ozono (O3), oxidación catalítica húmeda (CWAO), etc. Estas tecnologías se pueden usar solas o en combinación, y también se pueden usar como proceso de pretratamiento para aguas residuales de pesticidas. Este artículo presenta brevemente la tecnología avanzada de tratamiento de oxidación actualmente ampliamente utilizada para aguas residuales de pesticidas. 1. Método de oxidación fotocatalítica La reacción de oxidación química que se produce bajo la acción de la radiación luminosa se puede denominar oxidación fotocatalítica. Las reacciones fotoquímicas requieren el uso de diversas fuentes de luz artificiales o naturales. Los catalizadores son sustancias cruciales en las reacciones fotocatalíticas. La mayoría de los catalizadores actuales son materiales semiconductores. Los fotocatalizadores comunes incluyen TiO2, ZnO, SnO2 y Fe2O3. Se han realizado estudios relacionados sobre el uso de la degradación fotocatalítica de aguas residuales de pesticidas. JARNUZI[6] et al. utilizaron TiO2 suspendido como catalizador para tratar el pesticida pentaclorofenol (C6Cl5OH, PCP) mediante el método de oxidación fotocatalítica y dedujeron la degradación fotocatalítica del PCP. . paso. Ge Fei [7] et al. utilizaron un reactor de piscina poco profunda con membrana de TiO2 para tratar las aguas residuales de pesticidas con metamidofos. Los resultados mostraron que la tasa de eliminación de DQO de las aguas residuales de pesticidas con metamidofos después del tratamiento bioquímico alcanzó 85,64, lo que alcanzó el "Estándar integrado de descarga de aguas residuales" nacional. El estándar de primer nivel y la tasa de eliminación de fósforo orgánico pueden llegar a 100, lo que muestra buenas capacidades de procesamiento para reacciones de oxidación fotocatalítica. Aunque la degradación fotocatalítica de aguas residuales de pesticidas tiene las ventajas de un tiempo de degradación corto y una alta eficiencia, también tiene la desventaja de una baja utilización de fuentes de luz. La combinación de la tecnología de oxidación fotocatalítica con otras tecnologías de oxidación avanzadas puede mejorar la eficiencia del tratamiento y fortalecer las capacidades de oxidación, lo que ha atraído la atención de los investigadores en los últimos años. Jing Guohua [8] et al. utilizaron tecnología UV/Fenton para tratar aguas residuales de pesticidas triazofos. Los resultados mostraron que cuando Fe2:H2O2 es 1:20, el efecto de la fotólisis es mejor, la constante de velocidad de reacción es 0,03 min-1 y la velocidad de reacción es de 0,03 min-1. La tasa de eliminación de DQO puede llegar a 90.
Peng Yanzhi [9] et al. utilizaron la degradación fotocatalítica combinada UV/TiO2/Fenton de aguas residuales de pesticidas triclorfón cuando la concentración del pesticida triclorfón era de 0,1 mmol/L, la concentración másica de TiO2 era de 2 g/L y la dosis de Fe3 era de 0,10 mmol/L. L. Cuando la dosis de H2O2 es de 2 mmol/L y el tiempo de iluminación es de 2 h, la tasa de degradación del pesticida organofosforado triclorfón es 92,50. 2 Método de oxidación de Fenton En un ambiente ácido, el reactivo de Fenton puede producir OH altamente activo con un potencial de oxidación tan alto. como 2,8 V, puede sufrir adición electrófila, reacción de deshidrogenación, reacción de sustitución y reacción de transferencia de electrones con materia orgánica, degradando así los contaminantes orgánicos. Yang Xinping [10] et al. utilizaron el reactivo de Fenton para tratar aguas residuales de pesticidas organoclorados con una DQO de 1,29 × 104 mg/L. Las tasas de eliminación de DQO y croma fueron 47,8 y 84,4 respectivamente. Zhu Lehui [11] et al. utilizaron el método Fenton para tratar aguas residuales de pesticidas. La dosis de H2O2 utilizada en el experimento fue de 50 mmol/L y la proporción de Fe2:H2O2 fue de 1:10. La tasa de eliminación podría alcanzar 68,07 y la tasa de eliminación de croma podría alcanzar 90,11, la biodegradabilidad de las aguas residuales aumentó de 0,012 a 0,248. La reacción de Fenton también tiene desventajas [12]. En primer lugar, el ·OH altamente activo sólo se puede producir en condiciones ácidas (pHlt; 3,0); en segundo lugar, se producirá una gran cantidad de lodo que contiene hierro; en tercer lugar, la tasa de utilización de H2O2 es; no alto. En los últimos años, Fenton ha aparecido en combinación con otros métodos de tratamiento, como luz/Fenton, microelectrólisis/Fenton y electricidad/Fenton, etc., lo que ha mejorado enormemente el efecto y el alcance de aplicación del método Fenton para el tratamiento de pesticidas. aguas residuales. Badawy[13] et al. utilizaron el método combinado UV/Fenton para tratar los pesticidas fenitrotión, diazinón y profenofos. Cuando se utilizó el método Fenton solo, los tres pesticidas se trataron después de 90 minutos. Las tasas de eliminación de TOC de los pesticidas fueron 54,1. 12,9 y 50,3 respectivamente; cuando se trataron con el método UV/Fenton, las tasas de eliminación de TOC de los tres insecticidas después de 90 minutos de tratamiento fueron 86,9, 56,7 y 89,7 respectivamente. Esto se debe a que los iones complejos de Fe3 y H2O2 forman Fe3 y ·OH bajo la luz ultravioleta, lo que acelera la reacción de Fenton y también promueve la descomposición de H2O2, mejorando así la eficiencia del tratamiento y acortando el tiempo de reacción. 3. Método de oxidación del ozono (O3) El ozono (O3) es un gas oxidante fuerte que puede romper partes de moléculas cíclicas o moléculas de cadena larga de materia orgánica tóxica y difícil de biodegradar, convirtiendo así sustancias moleculares grandes en sustancias moleculares pequeñas. formando Elimina sustancias que son fácilmente biodegradables, elimina o debilita su toxicidad y mejora la biodegradabilidad de las aguas residuales. Estudios relevantes han demostrado que muchos contaminantes orgánicos basados en pesticidas en las aguas residuales pueden reaccionar rápidamente con el ozono, incluidos los pesticidas organoclorados, los pesticidas organofosforados, los compuestos orgánicos de ácido fenoxi, los pesticidas orgánicos nitrogenados y los compuestos fenólicos [14]. Lu Shengmin [15] et al. estudiaron el efecto de degradación del ozono sobre el dimetoato y sus factores que influyen. Los resultados de la prueba muestran que cuando la concentración inicial de ozono es de 10 mg/L, alrededor del 80% del dimetoato se puede degradar en 5 minutos. Al mismo tiempo, se exploró el mecanismo de reacción de la degradación del dimetoato por ozono añadiendo bicarbonato y alcohol terc-butílico a la solución de reacción de dimetoato y ozono, respectivamente. Los resultados mostraron que la degradación del dimetoato por ozono era una reacción molecular. Xia Xiaowu [16] et al. utilizaron un generador de ozono con una capacidad de producción de O3 de 800 g/h para realizar investigaciones de aplicaciones prácticas en el pretratamiento de aguas residuales de producción de pesticidas en una fábrica de pesticidas. Después del pretratamiento con O3, la tasa de eliminación de DQO fue de 51, la biodegradabilidad aumentó de 0,15 a 0,41 y la biodegradabilidad de las aguas residuales mejoró significativamente. Dado que el O3 por sí solo tiene una fuerte selectividad de reacción y su capacidad para mineralizar materia orgánica está obviamente limitada por la dosis y el tiempo, ha surgido el O3 combinado con otras tecnologías de oxidación avanzadas, como O3/UV, O3/ultrasonido, etc., lo que fortalece aún más la capacidad. de oxidación avanzada. El efecto del tratamiento del método de oxidación. Hu Bing [17] utilizó ozono ultrasónico para tratar conjuntamente dos aguas residuales simuladas con pesticidas organofosforados, diclorvos y ometoato, y logró buenos resultados de tratamiento.
En las condiciones de un flujo de gas mixto de ozono de 25,06 m3/h y un valor de pH de 10, se utilizaron ultrasonidos y ozono para tratar conjuntamente una solución de diclorvos con una concentración inicial de DQO de 1000 mg/L y una solución de ometoato de 800 mg/L. En 30 minutos, la tasa de eliminación de DQO de la solución alcanzó 62,7 y la tasa de degradación de diclorvos alcanzó 62,4; la tasa de eliminación de DQO de la solución de ometato alcanzó 79,2 y la tasa de eliminación de ometato alcanzó 85,4. Oxidación catalítica húmeda (. CWAO) la tecnología de oxidación húmeda (WAO) es un método eficaz para tratar aguas residuales orgánicas de alta concentración, refractarias, muy contaminadas y altamente tóxicas, pero este método generalmente requiere alta temperatura (125 ~ 320 ℃) y alta presión (0,5 ~ 20 MPa). condiciones de reacción. A mediados de la década de 1980 se desarrolló la tecnología de oxidación húmeda catalítica (CWAO) basada en WAO. Debido al uso de catalizadores, se reducen la temperatura y la presión de reacción, reduciendo así la inversión en equipos y los costos de tratamiento. Zhao Binxia [18] et al. prepararon un catalizador compuesto de Mn/Ce para la oxidación húmeda de aguas residuales de pesticidas imidacloprid mediante el método de precipitación, y discutieron la temperatura de reacción apropiada y la presión parcial de oxígeno de la oxidación catalítica húmeda de aguas residuales de pesticidas imidacloprid. Los resultados muestran que el catalizador de Mn/Ce tiene granos finos y el tamaño de grano es inferior a 15 nm. Después de 120 minutos de tratamiento a una temperatura de 190 °C, una presión parcial de oxígeno de 1,6 MPa y un pH del afluente de 6,21, el catalizador tiene granos finos y un tamaño de grano inferior a 15 nm. La tasa de eliminación de DQO alcanza 93,1; compuesto Mn/Ce. El catalizador muestra buena actividad y estabilidad para la oxidación húmeda de aguas residuales de pesticidas imidacloprid. Dong Junming [19] y otros prepararon un catalizador fijo soportado con cuatro óxidos como principales componentes activos mediante el método de impregnación, que se utilizó para la oxidación catalítica húmeda de peróxido de hidrógeno para tratar aguas residuales de pesticidas orgánicos. Los experimentos muestran que el catalizador de combinación cuaternaria MnO2-CuO2-CeO2-CoO tiene un mejor rendimiento cuando la reacción se lleva a cabo a temperatura y presión normales, manteniendo el pH = 7 ~ 9 y el tiempo de reacción es de 40 minutos, la tasa de eliminación de DQO es. mayor que 80, y la tasa de eliminación de cromaticidad es mayor que 80% Mayor que 90.5 Otras tecnologías de oxidación avanzadas Además de los métodos avanzados de oxidación de aguas residuales de pesticidas mencionados anteriormente, también existen métodos de degradación ultrasónica, electroquímica y otros métodos de tratamiento. El efecto de degradación de las ondas ultrasónicas sobre el agua contaminada orgánicamente se debe principalmente al efecto de cavitación acústica. Bajo la acción de la fase de presión negativa de las ondas ultrasónicas, se forman burbujas de cavitación entre las moléculas de la fase líquida, y las burbujas de cavitación colapsan rápidamente bajo la acción de la fase de presión positiva, provocando un calentamiento adiabático de la fase de vapor en las burbujas, lo que resulta en un calentamiento instantáneo. alta temperatura y alta presión, y al mismo tiempo una fuerte fuerza de impacto el microchorro de alta velocidad hace que la materia orgánica sufra rotura de enlaces químicos, descomposición a alta temperatura o reacción de radicales libres. Aunque el uso de ondas ultrasónicas para degradar contaminantes químicos en el agua tiene las ventajas de una operación simple y conveniencia, la generación de ondas ultrasónicas requiere una gran cantidad de energía y el consumo de energía es alto. La oxidación electroquímica es la oxidación de la materia orgánica por radicales libres generados bajo la acción de la oxidación eléctrica en la superficie del electrodo. Se puede dividir en dos modos: oxidación electroquímica directa y oxidación electroquímica indirecta. La reacción redox de la materia orgánica en la superficie del electrodo se llama oxidación electroquímica directa. La oxidación electroquímica indirecta utiliza reacciones electroquímicas para producir oxidantes (agentes reductores) para degradar los contaminantes. Los métodos electroquímicos son eficaces en el tratamiento de aguas residuales orgánicas biorrefractarias de alta concentración, pero problemas como la corta vida útil de los materiales de los electrodos y el alto consumo de energía limitan la amplia aplicación de los métodos de oxidación electroquímica en el campo del tratamiento del agua. 6. Perspectivas La tecnología de oxidación avanzada tiene las ventajas de una fuerte capacidad de oxidación, un proceso de oxidación no selectivo y una reacción completa. Cuando se utiliza en el tratamiento de aguas residuales de pesticidas refractarios de alta concentración, tiene ventajas que no se pueden comparar con los métodos físicos y bioquímicos. y muestra amplias perspectivas de aplicación. Hoy en día, a menudo se utilizan varias tecnologías avanzadas de tratamiento de oxidación en combinación, o se utilizan métodos de oxidación avanzados en combinación con métodos de tratamiento biológico para mejorar los efectos del tratamiento. Sin embargo, el método de oxidación avanzado todavía enfrenta problemas como la necesidad de mejorar la eficiencia del tratamiento y reducir los costos del tratamiento, lo que depende de lograr más avances en futuros procesos de investigación.