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煤化工廢水處理芬頓氧化與電催化氧化技術

文章出處:未知發表時間:2023-12-01 13:55:30

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煤化工廢水往往呈現水質成分復雜、高鹽高COD的特點,總溶解性固體(TDS)普遍達10000~100000mg/LCOD普遍達100~5000mg/L。廢水中的有機物成分復雜,其中鹵代烴、多環芳烴和雜環化合物等不僅會對環境具有嚴重危害,而且在處理過程中還會造成膜污染、結晶純度下降等現象,因此在膜濃縮和蒸發結晶單元前須將這些有機物去除。

高級氧化技術(AOPs)是在光、電、催化劑等條件下生成強氧化性的羥基自由基(OH·),將大分子有機物逐漸分解為的小分子物質,有效降低廢水COD含量,具有反應速率快、應用范圍廣的特點。根據反應條件不同,高級氧化技術主要分為芬頓氧化法、臭氧氧化法、電催化法、光催化法等。

芬頓氧化是利用過氧化氫(H2O2)在亞鐵離子(Fe2+)的催化作用下生成OH·,從而實現對有機物的氧化分解。芬頓氧化的工藝簡單,H2O2Fe2+廉價易得,反應生成的Fe3+同時起到絮凝作用,常被用于制藥工業廢水處理、印染廢水處理和垃圾滲濾液處理中。Jia等人利用芬頓氧化處理COD含量為616mg/L的煤化工廢水,COD去除率最高達到69.8%Yu利用芬頓氧化處理COD含量為1515mg/L的電鍍廢水,COD去除率最高達到89.3%。然而,芬頓氧化在不同條件下的處理效果波動較大,需要對pH和加藥量做精確的控制;其反應的同時會產生過多的污泥,造成二次污染。為了提高反應效率并降低成本,研究者們將光、電、微波、超聲等能量引入芬頓體系中,使COD去除率得到大幅提升。此外,還可通過將Fe2+負載到固態催化劑上,避免污泥的產生。

電催化氧化是利用具有催化活性的電極材料進行電解反應,電解池陽極可將有機物直接氧化,同時還能生成OH·ClO-等強氧化劑,釋放到水中,進行間接氧化。電催化氧化的反應條件易于控制,無需添加藥劑,不會產生二次污染。電催化陽極材料的選擇至關重要,鈦基金屬氧化物電極相較于Pt等貴金屬電極成本較低,同時具有良好的催化性能和穩定性,還可以通過摻雜離子或納米顆粒進一步改性。此外,研究者們還通過顆粒或碎屑投入水質構成三維電極,增加反應面積的同時縮短電極間距,顯著提升反應效率。

針對COD含量高、成分復雜的高鹽廢水,單一的高級氧化技術很難高效降解有機物。芬頓氧化的技術成熟度高,處理成本低,但H2O2的利用率低,COD去除率有限,且生成鐵泥難以利用,仍有很大的發展空間。光-芬頓、電-芬頓等耦合技術以及非均相復合催化劑的研發成為芬頓氧化的發展方向。電催化氧化的操作簡單、COD去除率高且無二次污染,但高昂的處理成本使其難以大規模應用,延長電極壽命、提高電流效率成為電催化電極的研究方向。


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