Zaawansowana technologia utleniania, znana również jako technologia głębokiego utleniania, opiera się na wykorzystaniu energii elektrycznej, naświetlania światłem, katalizatorów, a czasami w połączeniu z utleniaczami w celu wytworzenia wysoce aktywnych wolnych rodników (takich jak HO •) w reakcji, a następnie poprzez dodanie , podstawienie, przeniesienie elektronów, zerwanie wiązań itp. pomiędzy wolnymi rodnikami a związkami organicznymi, makrocząsteczkowa, ogniotrwała materia organiczna w wodzie jest utleniana i rozkładana na niskotoksyczne lub nietoksyczne małe cząsteczki, lub nawet bezpośrednio rozkładana na CO2 i H2O, prawie całkowita mineralizacja. Obecne zaawansowane technologie utleniania obejmują głównie utlenianie chemiczne, utlenianie elektrochemiczne, utlenianie na mokro, utlenianie wody w stanie nadkrytycznym i utlenianie fotokatalityczne.
1. Technologia utleniania chemicznego
Technologia utleniania chemicznego jest często stosowana w obróbce wstępnej oczyszczania biologicznego. Ogólnie rzecz biorąc, utleniacze chemiczne stosuje się do oczyszczania ścieków organicznych pod działaniem katalizatorów w celu poprawy ich biodegradowalności lub bezpośrednio utleniają i rozkładają materię organiczną w ściekach w celu jej stabilizacji.
1.1 Metoda utleniania odczynnikiem Fentona
Technologia ta powstała w połowie-1890wieku XX wieku i została zaproponowana przez francuskiego naukowca HJ Fentona. W warunkach kwaśnych H2O2 może skutecznie utleniać kwas winowy pod wpływem katalitycznego działania jonów Fe2+ i jest stosowany do utleniania kwasu jabłkowego. Od dawna główną zasadą Fentona, jaką przyjmują ludzie, jest wykorzystanie jonów żelazawych jako katalizatorów nadtlenku wodoru. W wyniku reakcji powstają rodniki hydroksylowe o wzorze: Fe2++ H2O2 --Fe3++OH-+•OH, a reakcję prowadzi się przeważnie w warunkach kwasowych.
W metodzie utleniania chemicznego metoda Fentona wykazuje pewne zalety w oczyszczaniu niektórych trudnych do rozkładu substancji organicznych (takich jak fenole i aniliny). Dzięki dogłębnym badaniom metody Fentona w ostatnich latach wprowadzono do metody Fentona światło ultrafioletowe (UV) i szczawiany, co znacznie zwiększa zdolność utleniania metody Fentona.
Mieszaninę chlorofenoli poddano działaniu metody UV + Fenton i stopień usuwania TOC osiągnął 83,2% w ciągu 1 godziny. Metoda Fentona ma dużą zdolność utleniania, łagodne warunki reakcji, prosty sprzęt i szeroki zakres zastosowań, ale ma wady, takie jak wysokie koszty leczenia, złożone warunki procesu i trudna kontrola procesu, co utrudnia jej promowanie i stosowanie.
1.2 Metoda utleniania ozonem
System utleniania ozonem ma wysoki potencjał redoks i może utleniać większość substancji organicznych znajdujących się w ściekach. Jest szeroko stosowany w oczyszczaniu ścieków przemysłowych. Ozon może utleniać wiele substancji organicznych w wodzie, ale reakcja pomiędzy ozonem a materią organiczną jest selektywna i nie może całkowicie rozłożyć materii organicznej na CO2 i H2O. Produktami utleniania ozonem są często materia organiczna kwasu karboksylowego. Właściwości chemiczne ozonu są wyjątkowo niestabilne, szczególnie w wodzie nieczystej, a szybkość rozkładu przez utlenianie mierzy się w minutach. W oczyszczaniu ścieków utlenianie ozonem zwykle nie jest stosowane jako oddzielna jednostka oczyszczania i zwykle dodaje się pewne metody wzmacniające, takie jak ozonowanie fotokatalityczne, ozonowanie katalizowane zasadą i wielofazowe ozonowanie katalityczne. Ponadto przedmiotem badań jest także połączenie utleniania ozonem z innymi technologiami, takimi jak metoda ozonowa/ultradźwiękowa, metoda adsorpcji ozonu/bioaktywnego węgla itp.
W literaturze donoszono, że połączenie utleniania ozonu i adsorpcji węgla aktywnego może zmniejszyć stężenie masowe węglowodorów aromatycznych w ściekach do 0,002 ug/l. Zastosowanie utleniania ozonem do usuwania środków powierzchniowo czynnych z przemysłowej wody obiegowej może skutecznie zwiększyć stopień oczyszczenia oczyszczalni ścieków komunalnych i poprawić jakość wody drenażowej. Yu Xiujuan i inni również osiągnęli dobre wyniki w usuwaniu mikrozanieczyszczeń organicznych z wody przy użyciu procesu ozonu i bioaktywnego węgla. Ze względu na niską rozpuszczalność ozonu w wodzie, gorącym tematem w badaniach nad tą technologią stało się skuteczniejsze rozpuszczanie ozonu w wodzie.
2. Metoda elektrochemicznego utleniania katalitycznego
Technologia ta powstała w latach czterdziestych XX wieku i ma zalety w postaci szerokiego zakresu zastosowań, wysokiej wydajności degradacji, prostych wymagań energetycznych, łatwej automatyzacji oraz elastycznych i różnorodnych metod stosowania. Elektrochemiczne utlenianie katalityczne można stosować jako środek do wstępnego oczyszczania trudnych do rozkładu ścieków w celu poprawy biodegradowalności, a także można je stosować jako technologię głębokiego oczyszczania trudnych do rozkładu ścieków fenolowych. Proces reakcji elektrolizy zachodzi bezpośrednio w ogniwie elektrolitycznym utleniającym elektrokatalitycznym. W warunkach zoptymalizowanej wartości pH, temperatury i natężenia prądu fenol może ulec niemal całkowitemu rozkładowi.
W przypadku ścieków o wysokim stężeniu, trudnych do rozkładu, toksycznych i szkodliwych, zawierających fenol, tradycyjne metody biologiczne i fizyczne utraciły swoje zalety, a metody utleniania chemicznego utrudniają ich wysokie koszty. Elektrochemiczne metody utleniania katalitycznego są coraz bardziej preferowane przez ludzi, ale wiążą się z nimi pewne problemy, takie jak zużycie energii, materiały elektrod składają się głównie z metali szlachetnych, wysoki koszt i korozja anod, a badania w zakresie mikrodynamiki i termodynamiki kierujące ich promocją i zastosowaniem są nadal niedoskonały.
3. Technologia utleniania na mokro
Utlenianie na mokro, znane również jako spalanie na mokro, jest skuteczną metodą oczyszczania ścieków organicznych o wysokim stężeniu. Jego podstawową zasadą jest wprowadzenie powietrza w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia w celu utlenienia zanieczyszczeń organicznych znajdujących się w ściekach. W zależności od tego, czy w procesie obróbki występuje katalizator, można go podzielić na utlenianie na mokro i katalityczne utlenianie na mokro.
3.1 Utlenianie mokrego powietrza
Pierwszą firmą, która opracowała i uprzemysłowiła utlenianie na mokro (WAO), była Zimpro w Stanach Zjednoczonych. Firma zastosowała proces WAO do oczyszczania toksycznych i szkodliwych ścieków przemysłowych, takich jak płyn płuczący z produkcji olefin, ścieki z produkcji akrylonitrylu i ścieki z produkcji pestycydów. Technologia WAO polega na wprowadzeniu powietrza o wysokiej temperaturze ({0}} stopnia) i wysokim ciśnieniu (0,5-20 MPa) w celu bezpośredniego utlenienia i rozkładu wielkocząsteczkowej materii organicznej zawartej w ściekach do substancji nieorganicznych lub drobnocząsteczkowa materia organiczna.
Stopień usuwania organicznego fosforu i organicznej siarki wynosi odpowiednio 95% i 90% podczas wstępnego oczyszczania ścieków produkcyjnych dimetoatu przy użyciu technologii utleniania na mokro. Proces WAO firmy Zimpro charakteryzuje się wysoką wydajnością obróbki i krótkim czasem reakcji, ale ponieważ technologia wymaga wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia, wymagane inwestycje w sprzęt są duże, a warunki pracy są trudne, ogólnym przedsiębiorstwom trudno jest to zaakceptować. Dlatego też metoda utleniania katalitycznego na mokrym powietrzu, w której wykorzystuje się katalizator w celu obniżenia temperatury i ciśnienia reakcji lub skrócenia czasu przebywania reakcji, wzbudziła w ostatnich latach szerokie zainteresowanie i badania.
3.2 Utlenianie katalityczne na mokrym powietrzu
Katalityczne utlenianie na mokro (CWAO) to metoda dodawania odpowiedniego katalizatora do tradycyjnego procesu utleniania na mokro, aby umożliwić zakończenie reakcji utleniania w łagodniejszych warunkach i w krótszym czasie. Może to obniżyć temperaturę i ciśnienie reakcji, poprawić zdolność rozkładu utleniającego, przyspieszyć szybkość reakcji, skrócić czas przebywania, a tym samym zmniejszyć korozję sprzętu i koszty operacyjne. Kluczową kwestią w procesie utleniania katalitycznego na mokro jest katalizator o wysokiej aktywności i łatwy do recyklingu. Katalizatory CWAO ogólnie dzieli się na trzy kategorie: sole metali, tlenki i tlenki kompozytowe. W zależności od postaci katalizatora w układzie, utlenianie katalityczne na mokro można podzielić na jednorodne utlenianie katalityczne na mokro i heterogeniczne utlenianie katalityczne na mokro.
(1) Jednorodne mokre utlenianie katalityczne. W jednorodnej metodzie mokrego utleniania katalitycznego, ponieważ katalizatorem (głównie jony metali) jest rozpuszczalna sól metalu przejściowego, sole te występują w ściekach w postaci jonów. Na poziomie jonowym lub molekularnym katalizują reakcję utleniania materii organicznej w wodzie, inicjując reakcję wolnorodnikową utleniacza i ciągłą jego regenerację. W jednorodnej metodzie mokrego utleniania katalitycznego, ponieważ katalizator działa niezależnie na poziomie molekularnym lub jonowym, aktywność molekularna jest wysoka, co skutkuje lepszym efektem utleniania. Ponieważ jednak katalizator w metodzie homogenicznego mokrego utleniania katalitycznego występuje w postaci jonów, trudno jest go odzyskać i ponownie wykorzystać ze ścieków, a łatwo jest spowodować wtórne zanieczyszczenie.
(2) Metoda heterogenicznego mokrego utleniania katalitycznego. Heterogeniczne utlenianie katalityczne na mokro polega na dodaniu nierozpuszczalnego stałego katalizatora do układu reakcyjnego. Jego działanie katalityczne odbywa się na powierzchni katalizatora. Powierzchnia właściwa katalizatora ma duży wpływ na szybkość degradacji materii organicznej. Ze względu na różne rodzaje składu katalizatorów stałych i właściwości ścieków, efekt mokrego utleniania katalitycznego jest również inny. W heterogenicznej metodzie mokrego utleniania katalitycznego, ponieważ stały katalizator nie rozpuszcza się i nie płynie, łatwiej jest go aktywować, regenerować i zawracać do obiegu, dlatego perspektywy jego zastosowania są bardzo szerokie.
4. Technologia nadkrytycznego utleniania wody
Technologia nadkrytycznego utleniania wody stanowi udoskonalenie i udoskonalenie technologii utleniania na mokro. Został on pomyślnie opracowany przez amerykańską firmę MODAR w 1982 roku. Jego zasada polega na wykorzystaniu wody w stanie nadkrytycznym jako medium utleniającego i rozkładającego materię organiczną. Wykorzystuje również wodę jako główną fazę ciekłą i tlen z powietrza jako utleniacz i reaguje pod wpływem wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia.
Jednak jego udoskonalenie i udoskonalenie polega na wykorzystaniu właściwości wody w stanie nadkrytycznym. Stała dielektryczna wody zostaje obniżona do wartości zbliżonej do materii organicznej i gazu, dzięki czemu gaz i materia organiczna mogą zostać całkowicie rozpuszczone w wodzie, granica fazowa zanika i powstaje jednorodny układ utleniania, który eliminuje masę międzyfazową opór przenoszenia występujący w procesie utleniania na mokro zwiększa szybkość reakcji, a ponieważ niezależna aktywność utlenionych wolnych rodników w układzie jednorodnym jest większa, zwiększa się także stopień utlenienia. Woda nadkrytyczna jest dobrym rozpuszczalnikiem materii organicznej i tlenu. Materia organiczna jest jednorodnie utleniana w bogatej w tlen wodzie nadkrytycznej, a szybkość reakcji jest bardzo duża. W stopniu 400-600 struktura materii organicznej może zostać zniszczona w ciągu kilku sekund, a reakcja jest kompletna i dokładna, w wyniku czego węgiel organiczny i wodór całkowicie przekształcają się w CO2 i H2O.
Technologia nadkrytycznego utleniania wody przyciąga coraz większą uwagę ze względu na szybką reakcję i dokładne utlenianie. To, jak obniżyć temperaturę i ciśnienie reakcji lub skrócić czas przebywania reakcji za pomocą katalizatorów, jest gorącym punktem badań w tej dziedzinie. Obecnie większość powszechnie stosowanych katalizatorów to katalizatory stosowane w procesach mokrego utleniania katalitycznego. Znalezienie katalizatorów o szerokim spektrum właściwości katalitycznych dla technologii utleniania wody w stanie nadkrytycznym stanowi trudność w promocji tej technologii.
5. Technologia utleniania fotokatalitycznego
Technologia utleniania fotokatalitycznego rozwijana jest w oparciu o technologię utleniania fotochemicznego. Technologia utleniania fotochemicznego to proces reakcji, w którym zanieczyszczenia organiczne ulegają utlenieniu i degradacji pod wpływem światła widzialnego lub światła ultrafioletowego. Część światła bliskiego ultrafioletu (290-400nm) w środowisku naturalnym jest łatwo absorbowana przez zanieczyszczenia organiczne. W obecności substancji aktywnych zachodzą silne reakcje fotochemiczne, które powodują degradację materii organicznej. Jednakże, ze względu na ograniczenia warunków reakcji, degradacja poprzez utlenianie fotochemiczne często nie jest wystarczająco dokładna i łatwo jest wytworzyć różnorodne aromatyczne organiczne półprodukty, co stało się problemem, który należy przezwyciężyć poprzez utlenianie fotochemiczne.
Ponieważ Carey i in. po raz pierwszy zastosował TiO2 do fotokatalitycznej degradacji bifenylu i chlorobifenylu w 1976 r., główny punkt badań nad technologią utleniania fotokatalitycznego przesunął się w kierunku fotokatalitycznej degradacji zanieczyszczeń organicznych przy użyciu TiO2 jako katalizatora.
Ze względu na prostą strukturę sprzętu do utleniania fotokatalitycznego, łagodne warunki reakcji, łatwą kontrolę warunków pracy, silną zdolność utleniania, brak wtórnych zanieczyszczeń oraz wysoką stabilność chemiczną, nietoksyczność i niską cenę TiO2, technologia fotokatalitycznego utleniania TiO2 jest nową Technologia uzdatniania wody o szerokich perspektywach zastosowań.
6. Metoda utleniania ultradźwiękowego
Rozwój sonochemii przyciąga coraz większą uwagę na jej zastosowanie w oczyszczaniu wody i ścieków. Źródłem mocy utleniania ultradźwiękowego jest kawitacja akustyczna. Gdy fale ultradźwiękowe (15 kHz-20 MHz) o wystarczającym natężeniu przechodzą przez roztwór wodny, amplituda ciśnienia akustycznego przekracza ciśnienie statyczne wewnątrz cieczy w półcyklu podciśnienia fali dźwiękowej, a jądro kawitacji w cieczy szybko się rozwija; w półcyklu fali dźwiękowej nadciśnienia pęcherzyk pęka w wyniku kompresji adiabatycznej, a czas trwania wynosi około 0,1 μs. W momencie rozerwania powstaje lokalne środowisko o wysokiej temperaturze i ciśnieniu około 5000 K i 100 MPa oraz silny mikrostrumieni uderzeniowy o prędkości 110 m/s.
Sprzęt używany do utleniania ultradźwiękowego to magnetoelektryczny lub piezoelektryczny przetwornik ultradźwiękowy, który generuje fale ultradźwiękowe poprzez transdukcję elektromagnetyczną. Do najczęściej stosowanych w laboratorium należą przyrządy ultradźwiękowe z płytą radiacyjną, sondy i reaktory NAP. Warunki reakcji utleniania ultradźwiękowego są łagodne, zwykle przeprowadzane w temperaturze pokojowej, przy niskich wymaganiach sprzętowych i są wolną od zanieczyszczeń ekologiczną technologią oczyszczania o szerokich perspektywach zastosowania.
Baoji JM-TITANIUM-Profesjonalny projekt i producent anod
Przez lata wyspecjalizowaliśmy się w badaniach i rozwoju, produkcji i wytwarzaniu anod, a nasze produkty są eksportowane do wielu krajów na całym świecie. Można projektować i produkować różne serie anod zgodnie z rzeczywistymi parametrami środowiskowymi różnych użytkowników. Zapraszam do obejrzenia i negocjacji.
Nicole
Firma: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
Kraj: Chiny
Dodaj: droga Baoti, Jintai, miasto Baoji, Shaanxi, Chiny
Cel:+86 13369210920
Gmail:nicole@jmyunti.com
Strona internetowa: www.jm-titanium.com
