廢水中微量耗氧物質(zhì)的催化氧化處理
三水錳礦 / 2021-08-19
廢水中微量耗氧物質(zhì)的催化氧化處理
隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展,水的需要量越來(lái)越大。為此,除了擴(kuò)大原有水源和開(kāi)辟新水源外,對(duì)各種工業(yè)廢水進(jìn)行高級(jí)處理,以便循環(huán)利用或者作為灌溉用水,是關(guān)系到保護(hù)環(huán)境和發(fā)展工農(nóng)業(yè)的大問(wèn)題。
現(xiàn)在,實(shí)際使用的水的高級(jí)處理方法,主要的有凝聚過(guò)濾、離子交換、電滲析、反滲透、
活性炭吸附和化學(xué)氧化等處理方法。
為了使廢水循環(huán)利用,選擇哪種處理方法,要根據(jù)廢水中有害物質(zhì)的性質(zhì)、濃度、要求達(dá)到的水質(zhì)指標(biāo)和處理費(fèi)用而定。上述這些物理化學(xué)處理方法,對(duì)處理無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)和其他重金屬等有害物質(zhì)的處理是有效的手段。但其缺點(diǎn)是處理費(fèi)用較高。
因此,通常用于水質(zhì)要求比較高的情況。如果僅針對(duì)處理廢水中溶解的有機(jī)物質(zhì),那么采用活性污泥生物處理法則更為經(jīng)濟(jì)。
生物處理法就是利用河流自凈作用的原理,即水中微生物的活動(dòng)將有機(jī)物質(zhì)分解,使水質(zhì)凈化。實(shí)際進(jìn)行的生物化學(xué)過(guò)程是,當(dāng)在有機(jī)廢水中進(jìn)行曝氣提高溶解氧量時(shí),廢水中微生物合成的酵素則對(duì)有機(jī)物進(jìn)行催化作用,使其完全氧化,微生物利用氧化反應(yīng)釋放的能量進(jìn)行呼吸和繁殖,同時(shí)微生物本身也不斷的進(jìn)行氧化分解。全部生化過(guò)程可簡(jiǎn)要?dú)w納如下
〔有機(jī)物]+O2 酵素→CO2+H20+ΔE(呼吸作用)
〔有機(jī)物]+NH3+O2 酵素→[微生物]+CO2+H20-ΔE (繁殖作用)
〔微生物]+O2 酵素→CO2+NH3+ΔE (本身氧化作用)
在上述生物化學(xué)過(guò)程中,有機(jī)物質(zhì)約有一半轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，另一半變?yōu)椴蝗苡谒奈⑸锕腆w。整個(gè)結(jié)果是,氧分子在酵素的催化作用下將有機(jī)物質(zhì)氧化而分解。
從以上所述,使人們想到為了除去廢水中的微量耗氧物質(zhì)(簡(jiǎn)稱COD),除可采用一般生物處理法和化學(xué)氧化法外,還可以用空氣為氧化劑,對(duì)廢水中微量COD物質(zhì)進(jìn)行催化氧化處理和催化氧化與生物氧化相結(jié)合的處理方法。在這些方面,目前有一些已在實(shí)際中應(yīng)用,但大量的還處在研究階段。以下簡(jiǎn)要敘述催化氧化法和催化氧化與生物氧化相結(jié)合的處理方法,在去除廢水中無(wú)機(jī)COD物質(zhì)和有機(jī)COD物質(zhì)方面的應(yīng)用。
一、無(wú)機(jī)COD物質(zhì)的去除
廢水中的耗氧物質(zhì)可分有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩類。無(wú)機(jī)耗氧物質(zhì)主要有亞硝酸鹽、亞鐵鹽和硫化物等,這些物質(zhì)在廢水中能被溶解的氧所氧化,因而消耗水中的溶解氧。為氧化這些物質(zhì)所需要的總氧量,稱為無(wú)機(jī)COD值。
利用曝氣方法除去水中的亞鐵離子,早已為人們所知,并在實(shí)際中應(yīng)用。此法就是由曝氣時(shí)溶解水中的氧將亞鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子,然后以氫氧化鐵沉淀的形式除去。但是,在常退下氧化反應(yīng)很慢,當(dāng)在pH<2的酸性溶液中,數(shù)小時(shí)曝氣也沒(méi)有三價(jià)鐵生成。在這種情況下,亞鐵在水溶液里氧化為三價(jià)鐵的途徑一般認(rèn)為有二,一個(gè)途徑是直接由亞鐵氧化成三價(jià)鐵,另一途徑是亞鐵離子吸附了反應(yīng)生成的三價(jià)鐵鹽,然后被氧化為三價(jià)鐵。在pH值低時(shí),三價(jià)鐵鹽起到催化劑的作用。所以,用曝氣法處理亞鐵離子時(shí),當(dāng)溶液中性時(shí)加入三價(jià)鐵鹽可以促進(jìn)亞鐵離子的氧化反應(yīng)。
此外,用哪氣法處理亞鐵時(shí),加入催化劑活性炭在酸性溶液中也能促進(jìn)亞鐵離子的氧化。表11-12為在常溫下硫酸溶液里加入話性炭量與亞鐵離子的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。由表可以看出,在這樣的酸性養(yǎng)液里,僅哪氣而不加活性炭,亞鐵實(shí)際上不變化,但當(dāng)加入佛化劑活性炭時(shí),亞鐵離子很快地完全氧化為三價(jià)鐵。非且,活性貴加入量越大,氧化反應(yīng)進(jìn)行的越快。這種在酸性高的溶液里能用佛化劑催化亞鐵離子氧化的現(xiàn)象,在實(shí)際中可用于治理濕法冶金的礦山酸性廢水,
除上述以括性炭為催化劑用空氣氧化亞鐵的例子外,催化空氣氧化法也可用于亞硝酸鹽和氰化物廢水的處理。例如,聯(lián)氨二甲基聯(lián)氨和
四氧化二氮的凈化,已用于實(shí)際工業(yè)中。其中對(duì)亞硝酸鹽和氯化物的處理,效果非常顯著。通常,亞硝酸鹽要在pH-3的酸性溶被里才能進(jìn)行氧化反應(yīng),而氰化物要在pH>10的堿性溶液里進(jìn)行。若用催化氧化法,則在pH~7時(shí)即可進(jìn)行氧化反應(yīng),這樣就可以節(jié)約為調(diào)整酸堿度而需要的大量藥品。如果使用催化劑活性炭,另外再加入化學(xué)藥品,進(jìn)行曝氣操作,則可將廢永的有害物質(zhì)除去90%以上。
活性炭也可以與其他物質(zhì)合用,進(jìn)行空氣氧化反應(yīng),在某些情況下具有明顯的優(yōu)越性。例如,活性炭與離子交換樹(shù)脂合用氧化處理含氯廢水?；钚蕴可陷d有銅離子,能促進(jìn)氛的氧化分解反應(yīng)。其作用是,強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂能分解銅佩絡(luò)合物,而弱堿性陰離子交換樹(shù)脂可通過(guò)氫氰酸,當(dāng)廢水通過(guò)活性炭柱時(shí),活性炭中的鋼離子與氰形成絡(luò)合物,被吸附在活性炭的表面上(25毫克/克活性炭),隨即為溶解的氧所氧化,進(jìn)而分僻?；钚蕴靠梢栽偕?重復(fù)利用。在活性炭上進(jìn)行的反應(yīng)推測(cè)如下：
CN+½O2→CNO
CNO-+2H2O→HCO3-+NH3
HCO- +OH-→CO32- +H2O
2Cu2+ +20H-+CO22-→CuCO3·Cu(OH)2
由于銅離子不斷以堿式碳酸銅的形式沉淀,所以需要連續(xù)的補(bǔ)充少量銅離子。這種方法恰巧可用于含氰鍍銅廢液的處理,可以同時(shí)除去氟和回收銅。表11-13為鍍銅含氰廢水的處理結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中吸附柱通水速度為0.15升/秒/米', 全部試驗(yàn)中銅的濃度在0.05毫克/升以下。從表中可以看出除氰效果很好。
其他多相催化作用還有,鐵一氰系統(tǒng)加氧化錳,進(jìn)行吸附氧化分解,在亞硫酸鹽溶液中加珠層鐵曝氣氧化處理等等。
二、有機(jī)污染物的氧化去除
在常溫常壓下,用曝氣法處理廢水中有機(jī)耗氧物質(zhì),催化劑也能起到顯著作用。研究用空氣噪氣催化氧化法,降低有機(jī)廢水的處理費(fèi)用是一個(gè)值得注意的方向。
以
二氧化錳為催化劑,用空氣氧化水中的有機(jī)物進(jìn)行兩組試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果列于表11-14,在分批試驗(yàn)里,在30毫升試料水中加催化劑二氧化錳30克。在催化固定床通水試驗(yàn)里,溶有氧的水由床層上噴下。從表中數(shù)據(jù)可見(jiàn), COD值可減少40~80%。
二氧化錳的傭化活性與其結(jié)構(gòu)有關(guān),通常采用γ-MnO2。后者對(duì)各種有機(jī)物質(zhì)的吸附和氧化作用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表11-15。所用的二氧化猛為10米2/克的粉末。在100℃時(shí),有機(jī)物轉(zhuǎn)化率在80%以上。但因溫度比較高,不適于處理一般下水。
當(dāng)用臭氧和過(guò)氧化氫等氧化劑時(shí),加入適宜的催化劑后可加速氧化反應(yīng)。例如,用臭氧氧化時(shí),可用銅、錳、鎳等催化劑用雙氧水氧化時(shí),可用鐵催化劑。
在廢水的高級(jí)處理中, 目前人們注意于生物處理與活性炭或沸石等吸附相結(jié)合的方法。這方面,現(xiàn)在已有實(shí)用性的裝置。
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