Brz razvoj industrije željeza i čelika proizveo je veliku količinu teško obradivih industrijskih otpadnih voda, osobito otpadnih voda iz koksa, koje sadrže veliku količinu otrovnih, štetnih i teško razgradljivih organskih tvari visoke koncentracije. Ima karakteristike složenog sastava i velikih promjena u kvaliteti i volumenu vode. Tretiranje koksnih otpadnih voda sve više izaziva zabrinutost ljudi. Obrati pozornost na. Trenutačno se pročišćavanje koksnih otpadnih voda uglavnom tradicionalnim metodama biološke pročišćavanja, flokulacijskim i koagulacijskim metodama te adsorpcijskim metodama. Otpadne vode za koksanje imaju lošu biorazgradivost i potrebno ih je razrijediti u velikoj količini prije biokemijske obrade. Štoviše, nakon što biokemijski otpadni otpad (kemijska potrošnja kisika) i sadržaj dušika amonijaka teško zadovoljavaju standard, potrebno ga je dodatno obraditi. Međutim, neke napredne tehnologije obrade imaju visoke troškove prerade, pa je teško potpuno razgraditi neke otrovne i štetne tvari, te su sklone sekundarnom onečišćenju. Na temelju trenutnog statusa pročišćavanja otpadnih voda od koksa, vrlo je potrebno proučiti učinkovite i ekološki prihvatljive tehnologije pročišćavanja.
Napredni proces oksidacije (AOP) koristi iznimno aktivne hidroksilne radikale (· OH) nastale u reakcijskom sustavu za napad na molekule organskih zagađivača, te na kraju oksidira organske zagađivače u CO2, H2O i druge netoksične kiseline. Kiselina male molekule je zelena, ekološki prihvatljiva prijateljska i učinkovita tehnologija pročišćavanja otpadnih voda. Trenutno napredne oksidacijske tehnologije uglavnom uključuju kemijsku oksidaciju, fotokemijsku oksidaciju, fotokatalitičku oksidaciju, mokru katalitičku oksidaciju itd. Budući da AOP -ovi imaju prednosti jake oksidacije i jednostavne kontrole radnih uvjeta, posljednjih su godina privlačili sve veću pozornost.
▶ Kemijska oksidacija
Ova metoda koristi kemijske oksidanse za pretvaranje tekućih ili plinovitih anorganskih ili organskih tvari u blago otrovne ili netoksične tvari ili ih pretvara u lako odvojive oblike. Najčešće korišteni oksidanti u području obrade vode su ozon, vodikov peroksid, kalijev permanganat i slično. U procesu pročišćavanja fenolnih otpadnih voda najčešća je primjena ozona i vodikovog peroksida.
Trenutno su mnoge zemlje u svijetu koristile ozon za dezinfekciju, osobito u Europi, ozon se koristi u pročišćavanju vode u vodenim postrojenjima. U sustav oksidacije ozona dodajte krute katalizatore, poput aktivnog ugljena s velikom površinom. Ozon i aktivni ugljen istovremeno se koriste za katalitičku ulogu i mogu apsorbirati proizvode malih molekula nakon oksidacije ozona. Njih dvoje zajedno povećavaju OH- u otopini. Ima sinergijski učinak za stvaranje više hidroksilnih radikala.
Vodikov peroksid je snažan oksidans. Ima brzu reakciju oksidacije u alkalnoj otopini i neće donijeti nečiste ione u reakcijsku otopinu. Stoga se dobro koristi u liječenju raznih organskih ili anorganskih onečišćujućih tvari. Vodikov peroksid se već duže vrijeme koristi za uklanjanje KPK u industrijskim otpadnim vodama. Iako je cijena korištenja kemijske oksidacije za pročišćavanje otpadnih voda veća od uobičajenih fizikalnih i bioloških metoda, ova metoda ima nezamjenjive učinke kod drugih metoda pročišćavanja, poput otrovnih. Prethodna digestija opasnih ili biorazgradivih otpadnih voda, prethodna obrada otpadnih voda visoke koncentracije/niskog protoka itd. Učinak korištenja samo vodikovog peroksida za razgradnju visoko koncentriranih stabilnih vatrostalnih spojeva nije dobar. Može se poboljšati upotrebom soli prijelaznih metala. Najčešća metoda je korištenje soli željeza za aktiviranje.
▶ Metoda reagensa Fentona'
Fentonov reagens, koji se sastoji od topljive željezne soli i vodikovog peroksida pomiješanog u određenom omjeru, može oksidirati mnoge organske molekule, a sustav ne zahtijeva visoku temperaturu i visoki tlak. Fe2+ u reagensu može pokrenuti i potaknuti razgradnju vodikovog peroksida, stvarajući tako hidroksilne radikale. Neke otrovne i štetne tvari, poput fenola, klorofenola, klorobenzena i nitrofenola, također mogu biti oksidirane reagensom Fenton' i reagensom sličnim fentonu.
Kombinacija vodikovog peroksida i ozona te kombinacija vodikovog peroksida i ultraljubičastog zračenja nazivaju se tehnologija slična Fentonu, a njezin je princip u osnovi isti kao i kod tehnologije Fenton.
▶Fotokemijska oksidacija
Ova metoda je kemijska reakcija koja se provodi pod djelovanjem svjetlosti. To zahtijeva od molekula da apsorbiraju elektromagnetsko zračenje određene valne duljine i uzbuđene su da stvore molekularno uzbuđeno stanje, a zatim se kemijski promijene u drugo stabilno stanje ili postanu međuproizvod koji pokreće toplinsku reakciju. Učinak razgradnje jednostavnog ultraljubičastog zračenja je slab. Uvođenjem odgovarajuće količine oksidansa (poput H2O2, O3 itd.) U metodu oksidacije ultraljubičastim svjetlom, učinak pročišćavanja otpadnih voda može se značajno optimizirati, a brzina razgradnje ubrzati. Postoje dva načina fotodegradacije organske tvari: izravna i neizravna fotodegradacija. Prvi se odnosi na izravnu reakciju molekula organske tvari sa tvarima u okolnom okruženju nakon apsorpcije svjetlosne energije; potonji se odnosi na određene tvari koje postoje u organskom okolišu. Proces apsorpcije svjetlosne energije u uzbuđeno stanje, a zatim izazivanje reakcije organske tvari i onečišćujućih tvari. Među njima je važnija neizravna svjetlosna razgradnja organske tvari.
Raspon valnih duljina koji se može koristiti u metodi fotokemijske oksidacije je 200nm ~ 700nm, to jest raspon ultraljubičastog svjetla i vidljive svjetlosti. Fotokemijska oksidacija ima primjenu u kontroli onečišćenja zraka i pročišćavanju otpadnih voda. Može se podijeliti na UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton i druge sustave prema vrstama oksidansa. Bez obzira na sustav, fotokemijske reakcije općenito razgrađuju organske tvari stvaranjem hidroksilnih radikala.
Na primjer, u UV/O3 sustavu, ozon u tekućoj fazi će se razgraditi kako bi stvorio hidroksilne radikale pod ultraljubičastim zračenjem, a brzina apsorpcije ultraljubičastog zraka dostiže maksimum na 253,7 nm, koji može oksidirati većinu organskih tvari u CO2 i vodu, te se koristi za obradu željeza u industrijskim otpadnim vodama. Cijanat, organski spojevi, kiseline na bazi dušika, alkoholi, pesticidi, organski spojevi koji sadrže dušik, sumpor ili fosfor te klorirane organske tvari i druga onečišćenja.
▶Fotokatalitička oksidacija
U ovoj metodi, fotokatalizator (koji se naziva i fotokatalizator) proizvodi katalitički učinak pod zračenjem izvora svjetlosti određene valne duljine, tako da se okolne molekule vode i kisik pobuđuju da tvore iznimno aktivne ione slobodne OH i O2 grupe. Tehnologija fotokatalitičke oksidacije koristi katalizatore poput TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 i Fe3O4.
TiO2 je najčešće korišteni katalizator. U fotokatalitičkoj reakciji na fotokatalitičku aktivnost TiO2 uglavnom utječu faza kristala, veličina zrna i specifična površina. Kad se odredi faza kristala, veličina zrna kristala i specifična površina postaju važni čimbenici u fotokatalizi TiO2. Što je manja veličina čestica, kraće je vrijeme difuzije fotogeneriranih elektrona i rupa, a što je veća specifična površina, to je učinkovitije apsorbirati zagađenje u vodi. Tvar za poboljšanje fotokatalitičkih svojstava. Kad veličina čestica katalizatora dosegne nanometarsku razinu, ona također može proizvesti kvantni učinak za poboljšanje stope upijanja i iskorištenja svjetlosti, što je važan smjer trenutnih istraživanja katalizatora.
Fotokatalitička oksidacija ima karakteristike netoksičnosti i jednostavnih uvjeta rada. Ultraljubičasto svjetlo, simulirana sunčeva svjetlost i sunčeva svjetlost mogu se koristiti kao izvori svjetlosti, a prirodni uvjeti (poput zraka) mogu se koristiti kao katalizatori. Ima visoku aktivnost, dobru stabilnost i može biti organski. Zagađivači su potpuno razgrađeni i nema sekundarnog zagađenja. Posljednjih godina, kako bi se u potpunosti iskoristilo prirodno svjetlo za razgradnju različitih zagađivača, ljudi su učinili mnogo posla u poboljšanju katalitičke aktivnosti i proširenju raspona valnih duljina uzbudnog svjetla, što je poznato i kao površinska modifikacija katalizatora. Dopiranje prijelaznog metala TiO2 može stvoriti nove izmijenjene razine energije taloženjem plemenitih metala, čime se širi njegov raspon fotoodziva. Modifikacijski tretmani poput fotosenzibilizacije mogu poboljšati fotokatalitičke performanse.
Područja primjene fotokatalitičke oksidacije uglavnom uključuju pročišćavanje otpadnih voda za bojenje, visoko koncentriranih organskih otpadnih voda i uklanjanje teško razgradivih mikrozagađivača u naprednoj fazi pročišćavanja pitke vode. U normalnim okolnostima, fotokatalitička oksidacija TiO2 može se provesti samo u rasponu valnih duljina ultraljubičastog svjetla, što ograničava popularizaciju i primjenu fotokatalitičke tehnologije. Osim toga, razvoj reaktora fotokatalitičke oksidacije još je nezreo te je teško postići obradbu velikih razmjera.
▶Mokra oksidacija
Ova metoda je napredna oksidacijska metoda koja koristi oksidante za oksidaciju organske tvari u otpadnim vodama u ugljični dioksid i vodu pod visokom temperaturom i visokim tlakom, čime se uklanjaju zagađivači. Metoda ima karakteristike širokog raspona primjene, visoke učinkovitosti tretmana, malo sekundarnih onečišćenja, brze oksidacije te obnovljive energije i korisnih materijala. U Japanu i Sjedinjenim Državama ova se metoda primjenjuje u inženjeringu, najsuvremenija je tehnologija i ima široke izglede za razvoj. Međutim, ova metoda također ima problem, odnosno općenito je potrebno da se mokra oksidacija provodi u uvjetima visoke temperature i visokog tlaka. Međuprodukt je često organska kiselina, za koju su potrebni visoki materijali opreme, skupi katalizatori, a prikladan je samo za otpadne vode s malim protokom i visokom koncentracijom ...
Metode mokre oksidacije uključuju dvije vrste: podkritična oksidacija vode i oksidacija natkritične vode. Tehnologija superkritične oksidacije vode odnosi se na novu i visoko učinkovitu tehnologiju obrade otpada u kojoj se voda oksidira radi tretiranja organskih onečišćujućih tvari u nadkritičnim uvjetima. Pod određenom temperaturom i tlakom, gotovo sva organska tvar može se u kratkom vremenu potpuno oksidirati i razgraditi, što uvelike skraćuje vrijeme pročišćavanja otpadnih voda. Uređaj za pročišćavanje potpuno je zatvoren, čime se štedi prostor i nema sekundarnog zagađenja.
U nadkritičnoj vodi topljivost soli značajno se smanjuje, dok se topljivost organskih tvari značajno povećava. Na primjer, benzen, heksan, N2, O2 itd. Mogu se potpuno miješati s vodom, uzrokujući promjene u gustoći, viskoznosti i koeficijentu difuzije. Koeficijent difuzije opada s povećanjem gustoće. Budući da tehnologija mokre oksidacije koristi veće temperature i tlak, gustoća vode se smanjuje, koeficijent difuzije postaje veći, a brzina prijenosa mase naglo raste.
Područja primjene vlažne oksidacije uglavnom uključuju pročišćavanje otpadnih voda pesticidima, pročišćavanje fenolnih otpadnih voda, tiskanje i bojenje otpadnih voda i pročišćavanje mulja, itd. Nakon što se gore navedene otpadne vode pročiste vlažnom oksidacijom, toksičnost se uvelike smanjuje, a također se poboljšava i biorazgradivost. Uz pomoć biokemijske obrade može se postići ispuštanje otpadnih voda.
Napredna oksidacijska tehnologija može mineralizirati organske zagađivače u ugljikov dioksid i vodu. To je ekološki prihvatljiv proces, ali visoki troškovi prerade pri razgradnji onečišćujućih tvari su&usko grlo &; ograničavanje njegove promocije. U Kini&napredna tehnologija oksidacije, osim nekolicine, poput Fentonove metode i tehnologije oksidacije ozona koja je primijenjena u stvarnoj pročišćavanju vode, ostali su uglavnom u laboratorijskim istraživanjima ili u fazi ispitivanja malih razmjera. Samo rješavanjem nedostataka visokih ulaganja i troškova obrade napredne tehnologije oksidacije, ozbiljne korozije opreme i male količine pročišćene vode, može se ubrzati njezina primjena u stvarnoj industriji. Smjer razvoja napredne oksidacijske tehnologije može se sažeti na sljedeći način:
Jedan je da neke tehnologije, poput tehnologije fotokatalitičke oksidacije i tehnologije oksidacije ozona, mogu poboljšati biorazgradljivost otpadnih voda, ali je teško i skupo odvojeno tretirati otpadne vode za koksanje. Može se kombinirati s biokemijskom tehnologijom kako bi se smanjila biološka toksičnost koksnih otpadnih voda i poboljšala biorazgradivost. , A zatim za liječenje upotrijebite biokemijske metode niske potrošnje i visoke učinkovitosti.
Drugo, tehnologije poput mokre katalitičke oksidacije i oksidacije natkritične vode imaju visoke zahtjeve za opremom i visoke troškove obrade. Posebna istraživanja i razvoj mogu se provesti za materijale reaktora i jeftine katalizatore. U pročišćavanju koksnih otpadnih voda, teško obradive otpadne vode, poput preostalog amonijaka, ne smiju se miješati s drugim otpadnim vodama, povećavati količina otpadnih voda, a zatim koristiti gore spomenuti napredni oksidanti za pročišćavanje.
Treći je projektiranje reaktora s jednostavnom strukturom, visokom učinkovitošću, prirodnom svjetlošću i dugotrajnim stabilnim radom, poboljšanje učinkovitosti obrade tehnologije fotokemijske oksidacije i fotokatalitičke oksidacije te kombiniranje s koagulacijom, adsorpcijom i drugim tehnologijama.