高级氧化技术处理有机污染物PPT资料

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H2O2,光化学氧化(ynghu)法,光催化氧化法则是在反应溶液中加入一定量的半导体催化剂,使其在紫外光的照射下产 生OH,两者都是通过OH的强氧化作用对有机污染物进行(jnxng)处理,该反应的发生提高了Fe2+的利用率,对加速H2O2的分解是有利的。,过低其催化效率降低,有机物分解速度变慢。,的氧化作用去除污染物。,光化学氧化(ynghu)法,C2O42-的加入降低了H2O2用量,加速了Fe3+向Fe2+的转化,并保证了体系对光能和H2O2的较高利用率。,H2O2+hv2HO,需要消耗大量的化学试剂,尤其是昂贵(nggu)的 H2O2,AOPs目前已成为水处理(chl)领域的研究热点,一般把水处理(chl)过程中以羟基自由基为主要氧化剂的氧化过程都称为高级氧化过程,利用现有的生物处理方法,对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理较困难,而高级(goj)氧化法(Advanced Oxidation Process,简称AOPs)可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性,同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势,能够使绝大部分有机物完全矿化或分解,具有很好的应用前景。,高级氧化技术:又称做深度氧化技术,以产生具有(jyu)强氧化能力的羟基自由基(OH)为特点,在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下,使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。,第四页,共27页。,高级氧化技术的优点:,广泛适用性,强氧化性,快速反应,并且能够(nnggu)产生大量的高活性羟基自由基,反应速率快,其高氧化电位使羟基自由基能够(nnggu)氧化绝大多数有机污染物甚至完全将其矿化,AOPs目前已成为水处理(chl)领域的研究热点,一般把水处理(chl)过程中以羟基自由基为主要氧化剂的氧化过程都称为高级氧化过程,第五页,共27页。,光化学(huxu)氧化法、,催化湿式氧化法、,声化学(huxu)氧化法、,臭氧氧化法、,电化学(huxu)氧化法、,Fenton氧化法、,类Fenton法,二、高级氧化技术(jsh)的分类,第六页,共27页。,光激发氧化法主要以O3、H2O2、O2和空气作为氧化剂,在光辐射作用下产生OH;,光催化氧化法则是在反应溶液中加入一定量的半导体催化剂,使其在紫外光的照射下产 生OH,两者都是通过OH的强氧化作用对有机污染物进行(jnxng)处理,光化学氧化(ynghu)法,光化学氧化法包括(boku)光激发氧化法(如03/UV)和光催化氧化法(如TiO2/UV)。,第七页,共27页。,催化(cu hu)湿式氧化法,催化(cu hu)湿式氧化法(CWAO)是指在高温(123320)、高压(0.510MPa)和催化(cu hu)剂(氧化物、贵金属等)存在的条件下,将污水中的有机污染物和NH3-N氧化分解成CO2、N2和H2O等无害物质的方法。,第八页,共27页。,声化学(huxu)氧化,声化学氧化中主要是超声波的利用。超声波法用于有机污染物的处理主要有两个方面:一是利用频率在15kHz1MHz的声波,在微小的区域内瞬间高温高压下产生的氧化剂(如OH)去除难降解有机物。另外(ln wi)一种是超声波吹脱,主要用于废水中高浓度的难降解有机物的处理。,第九页,共27页。,臭氧(chuyng)氧化法,臭氧氧化法主要通过直接反应和间接反应两种途径得以实现。其中直接反应是指臭氧与有机物直接发生反应,这种方式具有(jyu)较强的选择性,一般是进攻具有(jyu)双键的有机物,通常对不饱和脂肪烃和芳香烃类化合物较有效;间接反应是指臭氧分解产生OH,通过OH与有机物进行氧化反应,这种方式不具有(jyu)选择性。,臭氧氧化法虽然具有(jyu)较强的脱色和去除有机污染物的能力,但该方法的运行费用较高,对有机物的氧化具有(jyu)选择性,在低剂量和短时间内不能完全矿化污染物,且分解生成的中间产物会阻止臭氧的氧化进程。可见臭氧氧化法用于垃圾渗滤液的处理仍存在很大的局限性。,第十页,共27页。,电化学氧化(ynghu)法,电化学氧化法是指通过电极反应氧化去除污水中污染物的过程,该法也可分为直接氧化和间接氧化。直接氧化主要(zhyo)依靠水分子在阳极表面上放电产生的OH的氧化作用,OH亲电进攻吸附在阳极上的有机物而发生氧化反应去除污染物;间接氧化是指通过溶液中C12/C10。的氧化作用去除污染物。电化学氧化对垃圾渗滤液中的COD和NH3一N 都有很好的去除效果,缺点是能耗较大。,第十一页,共27页。,三、Fenton氧化(ynghu)法,Fenton法是一种深度氧化技术,即利用Fe2+和H2O2之间的链反应催化生成OH自由基,而OH自由基具有强氧化性,能氧化各种有毒和难降解的有机化合物,以达到去除污染物的目的。特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水如垃圾(l j)渗滤液的氧化处理。,第十二页,共27页。,反应(fnyng)机理,第十三页,共27页。,影响(yngxing)因素,(1)过氧化氢(u yn hu qn)的投加量:从过氧化氢(u yn hu qn)分解的机理来看,增加过氧化氢(u yn hu qn)的投加量,产生的羟基自由基也增多,应该有利于有机物的降解。但是有时投加量增加到一定程度时,处理效果改善并不很明显,甚至呈下降趋势。一般认为,过氧化氢(u yn hu qn)投加量为废水COD的0.2一10倍即可。,(2)亚铁离子投加量:投加量不能过高也不能过低。过低其催化效率降低,有机物分解速度变慢。过高亚铁离子也会消耗OH的数量,既不能提高(t go)TOC的去除率又使污泥量有所增加。过氧化氢与亚铁盐的比例一般为1:0.001一20比较合适。,第十四页,共27页。,(3)pH值:pH值不能过高,一般认为操作时pH值在2一4之间,最佳值为3.5左右,这是因为催化过氧化氢分解产生OH的铁的有效形式是氢氧化亚铁,在pH=3.5左右其浓度(nngd)最高,催化效果最好。,(4)共存离子的影响:一般重金属离子的含量和种类会影响Fenton试剂的效率。研究铜和镉离子对亚铁催化过氧化(ynghu)氢去除酚类污染物时发现,铜离子会提高氧化(ynghu)速率而镉离子却对氧化(ynghu)反应有抑制作用。除铜离子外,还有Mn2+等金属离子能显著提高氧化(ynghu)速率。人们根据这一规律又开发出了类Fenton试剂,即以催化效果更好的金属离子取代亚铁离子,提高有机物的去除率。,第十五页,共27页。,Fenton试剂的缺点是单独使用Fenton试剂处理废水成本会很高,且体系中有大量的亚铁离子存在,过氧化氢的利用效率不高,往往使有机(yuj)污染物降解不完全。,所以Fenton法往往不单独使用。在实际应用中,通常是与其它处理方法联用,将其用于废水的预处理或最终深度处理。,第十六页,共27页。,四、类,Fenton,法,类Fenton法就是利用Fenton法的基本原理,将UV、O3和光电效应等引入反应体系,因此,从广义上讲,可以把除Fenton法外,通过H2O2产生羟基自由基处理(chl)有机物的其他所有技术都称为类Fenton法。作为对Fenton氧化法的改进,类Fenton法的发展潜力更大。,第十七页,共27页。,在紫外光条件下H2O2会分解,反应式为:,H2O2+hv2HO,由于该反应的发生,降低了Fe2+用量,减少了Fe2+的二次污染,同时也保持了H2O2较高的利用率。,将紫外光引入Fenton反应已成功地降解了有机染料、硝基酚、甲基对硫磷、氯代苯氧型除草剂、三硝基甲苯(ji bn)等难降解有机废水等。,在p H=3左 右,三价铁主要以Fe(OH)2+粒 子 形式存在,三价铁的羟基络离子可以与紫外光反应生成羟基自由基和亚铁离子,前者可直接氧化有机物,后者又可作为催化剂重新参与反应。其反应方程式如下:,Fe(OH)2+Fe2+OH,该反应的发生提高了Fe2+的利用率,对加速H2O2的分解是有利的。,光,/Fenton,第十八页,共27页。,与 Fenton 法相比,光/Fenton法可提高(t go)有机物的矿化程度,但能耗大、成本高。,光/Fenton法只适用于处理低浓度的有机废水。这是因为有机物浓度高时,三价铁络合物和H2O2吸收光量子数降低(jingd),需要加入H2O2的量增加,而O H 易被高浓度的H2O2所清除。发生反应:,H2O2+O H HO2+H2O,第十九页,共27页。,紫外光,-,可见光,/H2O2/,草酸铁,水中三价铁的草酸盐和柠檬酸盐络合物具有较高的光化学活性。其中,Fe3+和C2O42-可形成三种草酸铁络合物,以Fe(C2O4)33-的光化学活性最强,它具有特殊的光谱特性,对高于200 nm波长的光具有较高摩尔(m r)吸收系数,甚至可以吸收5 00 nm 的可见光而产生O H,反应式为:,第二十页,共27页。,C2O42-的加入降低了H2O2用量,加速了Fe3+向Fe2+的转化,并保证了体系对光能和H2O2的较高利用率。这就为高浓度有机物降解奠定了基础。,UV-vis/H2O2/草酸铁络合物法与光 Fenton法相比,优越性表现(bioxin)在:,具有较强的利用紫外光和可见光的能力;,O H的产率高,草酸铁络合物可在一定程度上循环利用。,所以采用UV-vis/H2O2/草酸铁络合物法可进一步提高有机物矿化程度,又使废水处理成本降低。,第二十一页,共27页。,微波(wib)/Fenton,自从微波作为一种新能源问世以来,在社会生产及生活各领域得到广泛应用。同样,它与化学相互渗透,开辟了化学反应的新通道。它不但可以改善反应条件,加快反应速度,
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