高级氧化技术

Advancedoxidationtechnologyinwatertreatmentapplication水处理中高级氧化技术的应用12土木四班史伟田孝禾前言随着现代化学工业的不断发展,通过各种途径进入水体中的化学合成有机物的数量和种类急剧增加,对水环境造成了严重污染。在水处理工程中,含此类物质的废水通常难以采用生物法处理,而常规的物理、化学方法也难以在技术和经济上满足净化处理的要求。随着研究的深入，发现高级氧化技术可以处理此类废水。图片主要内容12高级氧化技术的发展史35高级氧化技术的特点42高级氧化技术的分类高级氧化技术的应用展望高级氧化技术的定义传统的废水处理办法传统的水处理方法：物理吸附、化学氧化、微生物处理和高温焚烧等。但这些方法都存在某些缺点，如效率低、能耗高、适用范围窄和处理不彻底，容易产生二次污染。问题高级氧化技术？高级氧化技术的定义•高级氧化技术(AdvancedOxidationProcesses)定义为氧化过程中可产生大量的羟基自由基，利用具有很高的氧化还原电位的羟基自由基（E0=+2.80~4.06V）氧化水中大分子的有机物，实现高效的氧化处理。比较：臭氧的氧化电位E0=+2.07V·OH问题·OH有什么神奇功效？·OH有什么神奇功效？表2常见有机污染物与O3和·OH的反应速率常数[2、3]有害化学物质O3的反应速率常数(mol-1·L·s-1)·OH的反应速率常数(mol-1·L·s-1)林丹0.04(2.7～170)×108涕灭威4.4×1048.1×109阿特拉津7.92.4×109氯苯0.06～3(4～5)×109PCB0.9(4.3～8)×1091·OH选择性小反应速度快·OH有什么神奇功效？2氧化能力强·OH有什么神奇功效？表3高级氧化法的应用研究实例[7～10]AOPs处理对象处理效果AOPs处理对象处理效果UV/O3制药废水COD680→400mg/LAOX3→1mg/LZrO2/Fe3+/UV/H2O2PVATOC去除率为95.6%DBSTOC20.5→2.0mg/L聚乙烯醇TOC去除率为61.3%苯酚TOC28.1→1.8mg/L腐殖酸TOC去除率为84.3%乙烯醇TOC18.0→1.5mg/LLASTOC去除率为72.6%阳离子交换树脂洗涤水TOC15.2-0.6mg/L石油贮槽清洗水TOC去除率为93.2%阳离子交换树脂老化洗涤水TOC21.6→0.6mg/L固体废物填埋渗滤液TOC去除率为40.6%阿特拉津30min10→1mg/LUV/TiO2纤维工业废液20～30min分解成CO2H2O2/O3氯苯类40→20.5μg/LUV/H2O2/O3BOD=0mg/L的废水处理60minBOD/COD0→0.4二噁英6500→3000pg/LH2O2/O3氯丁烷分解率为93%阿特拉津10min内去除91%UV/TiO2偶氮染料Rema201,BlackB偶氮染料300→0μmol/LTOC2633→7μmol/L3处理效率高·OH有什么神奇功效？4氧化彻底•普通的氧化剂由于氧化能力差，常常不能将污染物彻底氧化分解掉，往往还会产生一些中间产物，残留在环境中，对环境造成二次污染。·OH能将水中的有机物完全彻底的氧化成CO2和H2O，将SO2氧化为SO3，NO氧化为NO2，可将水溶液中的SO32-和NO2-分别氧化为SO42-及NO3-，且效率非常高，因此，就避免了污染物处理的不彻底和对环境造成二次污染高级氧化技术的发展史•1894年，Fenton发现Fe2+和H2O2混合可以产生HO•自由基，HO•自由基通过电子转移等途径可使水中的有机污染物氧化成二氧化碳和水，从而降解有害物。•20世纪70年代，Prengle和Cary等率先发现光催化可以产生HO•自由基。高级氧化技术的发展史•Hoagie认为高级氧化方法及其作用机理是通过不同途径产生HO•自由基的过程。HO•自由基一旦形成，会诱发一系列的自由基链反应，攻击水体中的各种有机污染物，直至降解为二氧化碳、水和其它矿物盐。因此，可以说高级氧化技术是以产生HO•自由基为标志。高级氧化技术的特点•产生大量非常活泼的HO•自由基，其氧化能力仅次于氟(2.87V)，HO•自由基是反应的中间产物，可诱发后面的链反应，HO•自由基的电子亲合能为569.3KJ，可将饱和烃中的H拉出来，形成有机物的自身氧化，从而使有机物得以降解，这是各类氧化剂单独使用都不能做到的；•HO•自由基无选择直接与废水中的自由基反应将其降解为二氧化碳、水和无机盐，不会产生二次污染；高级氧化技术的特点•通常对温度和压力无要求，很容易加以控制，以满足处理需要，甚至可以降解10-9级的污染物；•它既可作为单独处理，又可以与其它处理过程相匹配，如作为生化处理的前、后处理，可降低处理成本；•操作简单，易于设备化管理；•反应速度快。高级氧化技术的分类光化学氧化及光催化氧化•光化学氧化法是在紫外光作用下进行的反应过程，自然环境中的部分近紫外光（290～400nm）极易被有机污染物吸收，在有活性物质存在时发生强烈的光化学反应，从而使有机物降解。光化学氧化法按其激发态的产生方式可分为直接光降解和间接光降解，目前应用较多的是以催化剂为特征的间接光降解。•催化剂常用TiO2。高级氧化技术的分类芬顿试剂法芬顿试剂于1894年由Fenton发现并应用于苹果酸的氧化，其实质是二价铁离子（Fe2+）和双氧水之间的链式反应催化生成HO•自由基，基本作用原理如下：高级氧化技术的分类Fe2++H2O2→Fe3++HO•+OH-Fe3++H2O2→Fe2++HO2•+H+HO2•+H2O2→O2+H2O+HO•RH+HO•→R•+H2OR•+Fe3+→R++Fe2+R++O2→ROO+→CO2+H2O高级氧化技术的分类臭氧/紫外光法•Prengle和他的合作者在实验中首次发现了O3/UV系统可显著地加快有机物的降解速率，大大降低其COD和BOD的含量。•Okabe提出的反应机制是，当臭氧被光照时，首先产生游离氧O•，O•与水反应生成•OH。•Taube和Glaze则认为，O3/UV过程首先生成H2O2，H2O2光化诱发产生•OH。Glaze和他的合作者证明，对某些系统（如三氯乙烯和四氯乙烯）在上述过程中的降解机理是相同的，他们还获得了表观速率常数与紫外光强度、•OH浓度的关系。•Guittonnean等提出，在酸性介质中，反应生成的H2O2肯定会在溶液中积累，因而光化速率较慢，当pH大于7时，H2O2快速与剩余的臭氧反应，引发复杂的臭氧分解链反应。因此，在中性或碱性溶液中，O3/UV过程产生较少的过氧化氢和较多的自由基•OH。高级氧化技术的分类声化学氧化法•声化学(sonochemistry)，是指利用超声波辐射以加速化学反应。80年代末期以来，声化学技术在污染物(尤其是难降解污染物)的净化方面取得了显著的进展，是一种极具产业前景的高级氧化技术，是一种新颖、清洁的净化方法。•超声可把有毒有机物降解为比原来有机物毒性小甚至无毒的小分子，降解速度快，不会造成二次污染，设备简单等。例如对卤代烃、卤代脂肪烃等，光催化氧化、臭氧氧化、生物处理均难以降解，而超声降解时却可取得很好的效果。目前，运用超声波降解有机污染物的作用机理，众多研究在不同浓度的污染物处理、不同超声作用时间、不同温度、不同水体溶液的pH值等条件下进行探讨工业废水中有机污染物的降解效果。高级氧化技术的分类湿式空气氧化法和湿式催化氧化法•湿式空气氧化法（WAO）是在高温（125～320℃）、高压（0.5～20MPa）条件下通入空气，使废水中的有机污染物直接氧化降解。目前国际上已成功地将湿式氧化法应用于焦化、印染等工业废水处理，而配合使用催化剂从而降低反应温度和压力或缩短反应停留时间的湿式催化氧化法（CWAO）近年来更是受到广泛的重视与研究，按催化剂在体系中存在形式，可将湿式催化氧化法分为均相湿式催化氧化法和多相湿式催化氧化法。高级氧化技术的应用展望•进入二十一世纪以来，世界各国对环境的保护工作日益加强，从而加强速了高级氧化过程的开发与应用。高级氧化方法虽然在应用上还存在许多问题，如处理成本较高、碳酸根离子及悬浮固体对反应有干扰等，因而实际应用中具体选择哪一种高级氧化方法取决于很多因素，比如可达到的降解程度，反应过程中形成的副产物，投资及运行的费用，方法的安全性和可行性等。但同传统的水处理方法相比，它也有着其它方法无法比拟的优势。例如：与污染物反应几乎无选择性、反应速度快、可有效减少三卤甲烷THMs的生成量，可将三卤甲烷THMs的前体物彻底氧化为二氧化碳和水，对TOC和COD去除效率高等众多优点。因此，高级氧化技术在饮用水处理和废水处理中有广泛的应用前景。谢谢大家Thankyou!