Современные технологии окисления для глубокой очистки сточных вод: сравнение и выбор

 С выпуском местными органами власти стандартов сброса загрязняющих веществ очистные сооружения сталкиваются с проблемой модернизации и реконструкции. Даже на муниципальных очистных сооружениях иногда определенная доля промышленных сточных вод смешивается с поступающей водой, что делает состав сырой воды более сложным, а содержание трудноразлагаемых органических веществ выше. Это создает большие трудности для соблюдения CODCr при модернизации и реконструкции очистных сооружений.

Правительство последовательно выпустило «Десять мер по воде» и «Руководящие принципы по очистке городских черных и вонючих водоемов», предлагая временные точки для улучшения качества водной среды по всей стране и очистки городских черных и вонючих водоемов. Местные органы власти также последовательно ввели стандарты сброса загрязняющих веществ для очистных сооружений. Основным показателем является снижение содержания ХПК в воде до 50 мг/л, 30 мг/л в соответствии с различными стандартными требованиями и даже до уровня ниже 20 мг/л для достижения ценности повторного использования. Применение передовой технологии окисления при глубокой очистке очистных сооружений увеличивается.

Существует три передовых процесса окисления для удаления CODcr из воды, а именно процесс окисления Фентона, процесс каталитического окисления ClO2 и процесс каталитического окисления O3. Теперь проводится экономическое и техническое сравнение для трех вышеупомянутых процессов каталитического окисления.

Процесс окисления Фентона

Сочетание солей железа и перекиси водорода называется реагентом Фентона, который может эффективно окислять и удалять трудноразлагаемые органические соединения, которые не могут быть удалены традиционными методами очистки сточных вод. Его суть заключается в том, что H2O2 генерирует высокореактивные гидроксильные радикалы (· OH) под каталитическим действием Fe2+, которые могут реагировать с большинством органических соединений, разрушая их.

Характеристики процесса окисления Фентона

1) Окисление неселективно и обладает высокой способностью удалять органические вещества;

2) Органическое вещество в конечном итоге разлагается на CO2 и H2O, без образования токсичных или вредных промежуточных продуктов, что обеспечивает безопасность и защиту окружающей среды;

3) Значение pH сточных вод должно быть в пределах от 2 до 4. Сточные воды необходимо отрегулировать до кислой среды, а затем отрегулировать до нейтральной после завершения окисления;

4) Высокий расход химикатов, необходимых для полной деградации ХПК, приводит к высоким затратам на очистку;

5) Короткое время реагирования.

Окисление по Фентону подходит для интенсивных применений, что приводит к высоким затратам на обработку;

Метод окисления с использованием реагента Фентона сложно применять на крупных и средних очистных сооружениях из-за необходимости корректировки кислот и щелочей, высокого расхода реагентов, длительного времени реакции и большого объема ила.

Метод окисления с использованием реагента Фентона подходит для небольших и микроочистных сооружений с кислой поступающей водой, особенно для очистки кислых сточных вод на некоторых предприятиях по производству красителей, пестицидов и фармацевтических промежуточных продуктов.

Процесс каталитического окисления ClO2

Метод каталитического окисления диоксидом хлора является одной из передовых технологий окисления для очистки воды, которая усовершенствована и разработана на основе метода химического окисления. Принцип каталитического окисления диоксидом хлора заключается в использовании сильного окислителя - диоксида хлора - для катализа окисления органических загрязнителей в сточных водах при нормальной температуре и давлении в присутствии поверхностных катализаторов. Органические загрязнители напрямую окисляются до диоксида углерода и воды, или крупномолекулярные органические загрязнители окисляются до мелкомолекулярных органических загрязнителей, что улучшает биоразлагаемость сточных вод и эффективно удаляет органические загрязнители.

Характеристики процесса каталитического окисления ClO2

1) Окислительная способность ClO2 сохраняется длительное время;

2) Реакция между ClO2 и органическими соединениями практически не приводит к образованию дивергентных органических хлоридов и канцерогенного трихлорметана;

3) Реакция с органическими соединениями проявляет значительную селективность, а окислительная способность сильно коррелирует с типами заместителей в органических соединениях. Использование эффективных катализаторов преодолевает их селективность для окисления органических веществ;

4) В результате разложения органических веществ в основном образуются низкомолекулярные соединения с кислородными группами, которые могут повысить значение БПК5 сточных вод и улучшить биоразлагаемость;

5) Значение pH сточных вод должно быть слегка кислым (около 6), поэтому необходимо отрегулировать сточные воды до кислой среды, а затем отрегулировать их до нейтральной после окисления.

6) Время реакции: от 45 до 60 минут.

2. Применимые случаи для каталитического окисления ClO2

Из-за кислого значения pH (около 6), необходимого для технологии каталитического окисления диоксида хлора, сточные воды необходимо доводить до кислой среды, а затем до нейтральной после окисления, что ограничивает ее применение на крупных и средних очистных сооружениях.

В связи со значительной селективностью реакции между диоксидом хлора и органическими соединениями необходимо выбирать подходящие катализаторы. В практических приложениях выбор катализаторов сложен и затруднен, что ограничивает его продвижение и применение в промышленных сточных водах.

В настоящее время к областям, где успешно применяется технология каталитического окисления диоксида хлора, относятся:

1) Хорошие результаты были достигнуты при очистке сточных вод, содержащих угольный газ, сточных вод с высокой концентрацией цианида, сточных вод с содержанием парааминобензилового эфира, сточных вод с содержанием фенолформальдегида, а также сточных вод с предприятий печати и крашения, что позволяет удалять наиболее трудноразлагаемые органические загрязнители и улучшать биоразлагаемость сточных вод;

2) Он хорошо обесцвечивает и удаляет ХПК с легко окисляющихся водорастворимых красителей, таких как катионные красители, азокрасители и легко окисляющиеся водонерастворимые красители, такие как сульфидные красители.

Процесс каталитического окисления озона

Озонокаталитическое окисление — это использование гидроксильных радикалов [· OH], генерируемых озоном под действием катализатора, для окисления и разложения органических загрязнителей в воде. Благодаря сильной окислительной способности · OH и неселективной реакции окисления он может быстро окислять и разлагать подавляющее большинство органических соединений (включая некоторые высокостабильные и трудноразлагаемые органические соединения).

Катализаторы на основе активированного угля, загруженные металлами, представляют собой композитные материалы, состоящие из смеси небольших кристаллических и аморфных частей, а поверхность катализатора содержит большое количество кислотных или основных функциональных групп. Наличие этих кислотных или основных функциональных групп, особенно гидроксильных и фенольных гидроксильных групп, придает катализатору не только адсорбционную способность, но и каталитическую способность. В синергетическом процессе озон/катализатор озон разлагается под действием катализатора с образованием [· OH], который запускает цепную реакцию. Эта реакция также производит высокореакционноспособный и сильный окислительный одноатомный кислород [· O].

Характеристики каталитического окисления озона

1) Чрезвычайно сильная способность окислять органические загрязнители и удалять органические вещества;

2) Участие катализаторов значительно снижает селективность окисления и применимо практически повсеместно;

3) Органическое вещество в конечном итоге разлагается на CO2 и H2O, без образования токсичных или вредных промежуточных продуктов, что обеспечивает безопасность и защиту окружающей среды;

4) Значение pH может быть нейтральным или щелочным, и нет необходимости корректировать значение pH сточных вод;

5) Генератор озона вырабатывает озон из электричества и воздуха, без использования химических веществ, обеспечивая безопасность и гигиену на месте;

6) Время реакции окисления относительно короткое, обычно составляет около 30 минут, а объем реактора невелик.

Применимые случаи для каталитического окисления озона

Благодаря вышеуказанным характеристикам технология каталитического окисления озоном практически подходит для деградации CODcr на крупных, средних и малых очистных сооружениях для всех типов сточных вод. Сравнивая вышеуказанные три процесса окисления, процесс каталитического окисления озоном имеет хороший эффект очистки, широкую применимость и зрелую технологию. В то же время существует множество успешных применений на отечественных и зарубежных очистных сооружениях.

В связи с тем, что сточные воды, подлежащие глубокой очистке, представляют собой сточные воды отстойника, прошедшие биологическую аэробную очистку, соотношение БПК/ХПК сточных вод уже достаточно низкое. Для дальнейшего снижения значения ХПК необходимо использовать передовые методы лечения. Среди всех передовых методов очистки технология каталитического окисления озоном имеет хорошие лечебные эффекты, широкую применимость и отработанную технологию. В то же время существует множество успешных применений на отечественных и зарубежных очистных сооружениях. По сравнению с другими передовыми методами окисления он имеет такие преимущества, как низкие инвестиционные затраты, высокая устойчивость к изменениям качества воды, простота эксплуатации и обслуживания, а также низкие эксплуатационные расходы.