Los tratamientos avanzados comunes son los siguientes.
1.1 Adsorción de carbón activado e intercambio iónico
El carbón activado es un material poroso, fácil de controlar automáticamente y tiene una gran adaptabilidad a los cambios en el volumen, la calidad y la temperatura del agua. Por lo tanto, el método de adsorción con carbón activado es una tecnología avanzada de tratamiento de aguas residuales con amplias perspectivas de aplicación. El carbón activado tiene un efecto de eliminación muy obvio sobre la materia orgánica con un peso molecular de 500 a 3000, y la tasa de eliminación es generalmente de 70 a 86,7. Su característica más importante es que no hay cambio de fase durante el proceso de separación y solo se utiliza una cierta presión como fuerza impulsora para obtener un alto efecto de separación. Es una tecnología de separación que ahorra mucha energía.
La microfiltración elimina bacterias, virus y parásitos y además reduce los niveles de fosfato en el agua. La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la Zona de Desarrollo de Tianjin utiliza membranas de microfiltración para tratar profundamente el efluente secundario de SBR para satisfacer las necesidades de usos diversos municipales y diarios, como paisajismo, lavado de carreteras y descarga de inodoros [8].
La ultrafiltración se utiliza para eliminar macromoléculas y la tasa de eliminación de DQO y DBO del efluente secundario es superior a 50. La planta de tratamiento de aguas residuales de Beijing Gaobeidian utiliza ultrafiltración para tratar profundamente el efluente secundario, y la calidad del efluente alcanza los estándares de agua domésticos. La reutilización de aguas residuales para el lavado de coches puede ahorrar 4.700 m3 de agua cada año [9].
La ósmosis inversa se utiliza para reducir la salinidad y eliminar el total de sólidos disueltos. La tasa de desalinización del efluente secundario es superior a 90, la tasa de eliminación de DQO y DBO es de alrededor de 85 y la tasa de eliminación de bacterias es superior a 90 [10]. El agua de alimentación de una caldera de una central eléctrica en Myanmar utiliza una membrana de ósmosis inversa combinada con tecnología de desalinización eléctrica. El agua tratada mediante ósmosis inversa puede eliminar la mayoría de las sales inorgánicas, la materia orgánica y los microorganismos [11].
La nanofiltración se encuentra entre la ósmosis inversa y la ultrafiltración, y la presión de funcionamiento suele ser de 0,5 ~ 1,0 MPa. Una característica distintiva de las membranas de nanofiltración es su selectividad iónica. Su tasa de eliminación de iones divalentes es tan alta como 95, mientras que la tasa de eliminación de iones monovalentes es relativamente baja, entre 40 y 80 [12]. Pan et al. utilizaron tecnología integrada de membrana de biorreactor-nanofiltración para tratar el líquido residual de alcohol de melaza y lograron buenos resultados. La DQO del efluente es inferior a 100 mg/L y la tasa de reutilización de aguas residuales es superior a 80.
Todavía existe una gran brecha entre la aplicación de la tecnología de membranas de mi país en procesamiento profundo y el nivel avanzado del mundo. Las investigaciones futuras se centrarán en el desarrollo y la fabricación de materiales para membranas con alta resistencia, larga vida útil, antiincrustantes y alto contenido de fundente, centrándose en resolver cuestiones clave como la incrustación de las membranas, la polarización por concentración y la limpieza.
1.3 Método de oxidación de orden superior
Existen muchos tipos de contaminantes orgánicos de alta concentración y contaminantes tóxicos y nocivos emitidos en la producción industrial. Algunos contaminantes son difíciles de biodegradar y tienen efectos inhibidores. sobre reacciones bioquímicas. Sin embargo, el método de oxidación de alto orden produce radicales libres altamente activos (como? Oh, etc.), que convierten los contaminantes orgánicos refractarios en sustancias moleculares pequeñas fácilmente degradables, e incluso producen directamente CO2 y H2O para lograr el propósito de inocuidad.
1.3.1 Método de oxidación húmeda
La oxidación húmeda (WAO) se realiza a alta temperatura (150 ~ 350 ℃) y alta presión (0,5 ~ 20 MPa), utilizando O2 o aire como El oxidante, oxida la materia orgánica o inorgánica del agua, eliminando así los contaminantes. Los productos finales son dióxido de carbono y H2O [14]. En 2002, la refinería de Fujian introdujo el proceso WAO para resolver completamente los problemas del tratamiento posterior de residuos alcalinos y la contaminación por olores, con un bajo costo de implementación y una alta eficiencia de oxidación [15].
1.3.2 Método de oxidación catalítica húmeda
La oxidación catalítica húmeda (CWAO) consiste en agregar un catalizador adecuado al proceso tradicional de tratamiento de oxidación húmeda para realizar la reacción de oxidación en condiciones más suaves y completa. en un tiempo más corto, reduciendo así la corrosión del equipo y los costos de implementación [16, 17]. En la actualidad, el dispositivo experimental industrial CWAO de flujo continuo construido en Kunming ha demostrado una buena economía [18].
Los catalizadores para oxidación catalítica húmeda generalmente se dividen en tres categorías: sales metálicas, óxidos y óxidos compuestos. En la actualidad, considerando la economía, los catalizadores más utilizados son los óxidos de metales de transición y sus sales como cobre, hierro, níquel, cobalto y manganeso.
El uso de catalizadores sólidos también puede evitar la pérdida de catalizadores, la contaminación secundaria y el desperdicio de fondos.
1.3.3 Método de oxidación con agua supercrítica
El método de oxidación con agua supercrítica consiste en aumentar la temperatura y la presión por encima del punto crítico del agua en este estado se denomina agua supercrítica. En este estado, la densidad del agua, la constante dieléctrica, la viscosidad, el coeficiente de difusión, la conductividad y la eficiencia química del disolvente difieren de las del agua ordinaria. La temperatura de reacción más alta (400 ~ 600 ℃) y la presión también aceleran la velocidad de reacción y pueden lograr una alta eficiencia de destrucción de la materia orgánica en unos pocos segundos.
Por primera vez, la ciudad de Harrington, Texas, EE. UU. utilizó el método de oxidación con agua supercrítica para tratar lodos a gran escala, con una capacidad de tratamiento diaria de 9,8 t. La implementación del sistema ha demostrado que la DQO. La tasa de eliminación es superior a 99,9 y todos los componentes orgánicos del lodo se convierten en sustancias inofensivas como CO2 y H2O, el costo de implementación es bajo [19].
1.3.4 Método de oxidación fotocatalítica
En la actualidad, los métodos de oxidación catalítica fotoquímica se dividen principalmente en método de reactivo de Fenton, método de reactivo similar a Fenton y método de oxidación basado en TiO2.
El método del reactivo de Fenton fue descubierto por Fenton en el siglo XX y ahora se reevalúa como un método de investigación significativo en el campo del tratamiento de aguas residuales. ¿El reactivo de Fenton se produce a partir de sales de H2O2 y Fe2? Oh, este reactivo es un sistema de oxidación muy atractivo para el tratamiento de aguas residuales porque el hierro es un elemento abundante no tóxico y el H2O2 también es fácil de manipular y seguro para el medio ambiente [20]. El reactivo de Fenton puede destruir compuestos tóxicos como el fenol y herbicidas en las aguas residuales. En la actualidad, existen muchos estudios nacionales sobre el uso del reactivo Fenton en el tratamiento de aguas residuales de impresión y teñido. Los resultados muestran que el reactivo Fenton tiene un buen efecto de decoloración en las aguas residuales de impresión y teñido. Además, estudios nacionales y extranjeros también han demostrado que el reactivo de Fenton puede tratar eficazmente aguas residuales que contienen aceite, alcohol, series de benceno, nitrobenceno y fenol.
El método reactivo tipo Fenton tiene las ventajas de un equipo simple, condiciones de reacción suaves y fácil operación. Tiene un gran potencial de aplicación en el tratamiento de aguas residuales orgánicas biodegradables tóxicas y nocivas. El principal problema en la aplicación práctica de este método es que el coste de tratamiento es elevado y sólo es adecuado para el tratamiento de bajas concentraciones y pequeñas cantidades de aguas residuales. Como método de pretratamiento o tratamiento avanzado para aguas residuales orgánicas refractarias, se puede combinar con otros métodos de tratamiento (como métodos biológicos, métodos de coagulación, etc.). ), puede reducir mejor el costo del tratamiento de aguas residuales, mejorar la eficiencia del tratamiento y ampliar el alcance de aplicación de esta tecnología.
El método de fotocatálisis induce fuertes radicales libres oxidantes irradiando algunos fotocatalizadores semiconductores con estructuras de bandas de energía, como dióxido de titanio, óxido de zinc, sulfuro de cadmio, WO3, etc. Ah, y se pueden realizar muchas reacciones químicas difíciles en condiciones convencionales. La fase anatasa TiO2_2 tiene las características de alta estabilidad, alta eficiencia y bajo costo. Las últimas investigaciones internacionales pretenden obtener TiO22_2 mejorado (dopado con otros componentes), con líneas de absorción más amplias y mayor rendimiento cuántico.
1.3.5 Método de oxidación electroquímica
La oxidación electroquímica, también conocida como combustión electroquímica, es una rama de la electroquímica ambiental. El principio básico es oxidar la materia orgánica bajo la acción de la electrocatálisis sobre la superficie del electrodo o la acción de los radicales libres generados por el campo eléctrico. Además de oxidar completamente la materia orgánica en CO2 y H2O, la oxidación electroquímica también se puede utilizar como proceso de pretratamiento para el tratamiento biológico para convertir sustancias no biocompatibles en sustancias biocompatibles después de la conversión electroquímica. Este método tiene una alta utilización de energía y se puede llevar a cabo a baja temperatura. El equipo es relativamente simple, tiene bajos costos operativos, es fácil de controlar automáticamente y no tiene contaminación secundaria.
1.3.6 Método de degradación por radiación ultrasónica
El método de degradación por radiación ultrasónica proviene principalmente de las burbujas de cavitación generadas por el líquido bajo radiación ultrasónica, que absorben la energía del sonido y colapsan en un período muy corto. de tiempo. Se aniquila y libera energía, produciendo una alta temperatura de 1 900 ~ 5 200 K y una alta presión de más de 50 MPa en un espacio muy pequeño a su alrededor. Las moléculas de agua que entran en las burbujas de cavitación pueden sufrir reacciones de descomposición, lo que da como resultado una alta actividad de oxidación. Ah, induce la degradación de la materia orgánica; además, las moléculas de agua en la superficie de las burbujas de cavitación pueden formar agua supercrítica, lo que resulta beneficioso para aumentar la velocidad de las reacciones químicas.
El ultrasonido tiene un efecto significativo en la deshalogenación y oxidación de haluros.
Los productos finales de degradación de compuestos orgánicos clorados como clorofenol, clorobenceno, CH2Cl2, CHCl3 y CCl4 son HCl, H2O, CO y CO2. La degradación ultrasónica también es muy eficaz para la desnitrificación de compuestos nitro. Agregar oxidantes como O3, H2O2, reactivo de Fenton, etc. mejorará aún más el efecto de degradación ultrasónica. La combinación de ultrasonidos con otros métodos de oxidación como US/O3, US/H2O2, US/Fenton y US/fotoquímicos es un punto de investigación actual. En la actualidad, la investigación sobre la degradación de los contaminantes del agua mediante radiación ultrasónica se encuentra todavía en la etapa de exploración experimental.
1.3.7 Método de radiación
El método de radiación es un método de purificación de radiación de aguas residuales desarrollado mediante el uso de rayos de alta energía (rayos γ, χ) y haces de electrones para destruir compuestos. ¿Se cree generalmente que el mecanismo de reacción de la tecnología de radiación para tratar aguas residuales orgánicas es producir agua bajo la acción de radiación de alta energía? Ah, ¿H2O2? HO2 y otras partículas de alta actividad. , y luego inducido por estas partículas altamente activas para degradar sustancias nocivas.
El método de radiación tiene las ventajas de una alta eficiencia y un funcionamiento sencillo. Los principales problemas de esta tecnología son que el equipo utilizado para generar partículas de alta energía es caro y técnicamente exigente, además este método consume mucha energía y tiene una baja utilización de energía. Además, para evitar daños por radiación al cuerpo humano, es necesario tomar medidas de protección especiales. Para obtener más información, visite Red de purificación de agua fácil. Por lo tanto, será necesaria mucha investigación y trabajo exploratorio para poner esta ley en práctica.
1.4 Método del ozono
El ozono tiene fuertes propiedades oxidantes y reacciona con muchas sustancias orgánicas o grupos funcionales, mejorando así eficazmente la calidad del agua. El ozono puede oxidar y descomponer el color y el olor causados por diversas impurezas en el agua, y el efecto de decoloración es mejor que el del carbón activado. También puede reducir la turbidez del efluente, tener un buen efecto de floculación, aumentar la velocidad de filtración o extender el ciclo de filtración. En la actualidad, debido a la tecnología y la tecnología de generación de ozono nacional relativamente atrasadas, el costo de implementación es demasiado alto y es difícil popularizarlo.
¿Cuáles son las deficiencias de los fotocatalizadores en el tratamiento de aguas residuales? En términos sencillos, catalizador significa catalizador y fotocatalizador, como su nombre indica, es un fotocatalizador. Un catalizador es una sustancia química que acelera una reacción química pero no participa en la reacción en sí. Fotocatalizador es un término general para sustancias químicas que pueden desempeñar un papel catalítico cuando son excitadas por fotones.
Fotocatalizador tipo 1 Tipo de fotocatalizador:
Dióxido de titanio (TiO 2 óxido de zinc (ZnO); óxido de estaño (s NO2) dióxido de circonio (z ro2); CdS) y otros semiconductores de sulfuro de óxido, entre los cuales el dióxido de titanio se ha convertido en el material nanofotocatalizador más popular del mundo debido a su fuerte capacidad de oxidación y propiedades químicas estables.
2 Desarrollo del fotocatalizador: Al principio, se utilizaban sulfuro de cadmio (CdS) y óxido de zinc (ZnO) como materiales fotocatalizadores. Sin embargo, debido a sus propiedades químicas inestables, puede fotolizarse al mismo tiempo y los iones metálicos dañinos disueltos tienen cierta toxicidad biológica. Por lo tanto, rara vez se usa como material fotocatalítico civil en los países desarrollados y todavía se usa en. algunos campos fotocatalíticos industriales.
3 Fotocatalizador dióxido de titanio: Es un semiconductor con tres estructuras cristalinas: anatasa, rutilo y brookita. Sólo la anatasa y el rutilo tienen propiedades fotocatalíticas.
¿Cuáles son las aplicaciones de los fotocatalizadores en el tratamiento de aguas residuales? Adsorción, tratamiento biológico anaeróbico, tratamiento biológico combinado, etc.
Método químico: Añadir agente de degradación del nitrógeno amoniacal.
Fotocatalizador: Un catalizador en el sentido popular es un catalizador. Como sugiere el nombre, un fotocatalizador es un fotocatalizador. Un catalizador es una sustancia química que acelera una reacción química pero no participa en la reacción en sí. Fotocatalizador es un término general para sustancias químicas que pueden desempeñar un papel catalítico cuando son excitadas por fotones.
La tecnología fotocatalítica es una nanotecnología básica nacida en los años 70. En China continental, utilizamos la palabra de moda fotocatalizador para referirnos a los fotocatalizadores. Un fotocatalizador natural típico es nuestra clorofila común, que promueve la hidratación del dióxido de carbono del aire en oxígeno y carbohidratos durante la fotosíntesis de las plantas. En general, la tecnología de nanofotocatalizadores es una tecnología nanobiónica que se utiliza en muchos campos de vanguardia, como la purificación ambiental, los materiales autolimpiantes, las nuevas energías avanzadas, el tratamiento del cáncer y los antibacterianos eficientes.
Existen muchos materiales que pueden usarse como fotocatalizadores en el mundo, entre ellos el dióxido de titanio (TiO2), el óxido de zinc (ZnO), el óxido de estaño (SnO2), el dióxido de circonio (ZrO2), el sulfuro de cadmio (CdS). ), etc. Semiconductor de óxido-sulfuro. Entre ellos, el dióxido de titanio se ha convertido en el material nanofotocatalizador más popular del mundo debido a su fuerte capacidad de oxidación y propiedades químicas estables. Al principio se utilizaban sulfuro de cadmio (CdS) y óxido de zinc (ZnO) como materiales fotocatalizadores. Sin embargo, debido a sus propiedades químicas inestables, la luz puede disolverlo al mismo tiempo y los iones metálicos dañinos disueltos tienen cierta toxicidad biológica. Por lo tanto, los países desarrollados rara vez los utilizan como materiales fotocatalíticos civiles y todavía se utilizan en algunos campos fotocatalíticos industriales.
El dióxido de titanio es un semiconductor con tres estructuras cristalinas: anatasa, rutilo y brookita. Entre ellas, sólo la anatasa y el rutilo tienen propiedades fotocatalíticas.
El dióxido de titanio es un óxido semiconductor y una materia prima química básica con una producción muy importante en el mundo. El dióxido de titanio ordinario generalmente se denomina semiconductor a granel para distinguirlo del nanodióxido de titanio. El dióxido de titanio con estructura anatasa o rutilo, cuando se excita con fotones de cierta energía, puede hacer que los electrones en los orbitales moleculares abandonen la banda de valencia y salten a la banda de conducción [para conocer el principio de excitación de fotones, consulte el principio de reacción fotocatalizadora]. Por tanto, se forman huecos fotogenerados [Hole] en la banda de valencia del material y electrones fotogenerados [e-] en la banda de conducción. En el dióxido de titanio a granel, debido a que las partículas de dióxido de titanio son muy grandes, cuando los electrones fotogenerados alcanzan la banda de conducción y comienzan a moverse hacia la superficie de la partícula, pueden recombinarse fácilmente con los agujeros fotogenerados, por lo que no podemos observar el efecto de la excitación de los fotones. desde una perspectiva macro. Sin embargo, debido al pequeño tamaño de las partículas de nano-TiO_2, los electrones se difunden fácilmente hacia la superficie del cristal, lo que da como resultado la aparición de dos microrregiones con polaridad opuesta en dos partes diferentes de la superficie del cristal sin carga: electrones fotogenerados y electrones fotogenerados. agujeros generados. Dado que la energía de los electrones y los huecos fotogenerados es muy fuerte, mucho mayor que la fuerza de la cadena molecular de los contaminantes orgánicos generales, los contaminantes orgánicos se pueden descomponer fácilmente en su estado más primitivo. Al mismo tiempo, los agujeros fotogenerados pueden reaccionar con las moléculas de agua del aire para generar radicales hidroxilo, descomponer contaminantes orgánicos y matar bacterias y virus. Este proceso en el que dos microrregiones dentro de una región tienen propiedades completamente opuestas y logran el mismo efecto es una aplicación típica de la nanotecnología y generalmente se denomina dualismo. Este dominio reactivo se denomina interfaz de colaboración binaria.
Como se puede ver en la introducción anterior, el proceso de reacción fotocatalítica del dióxido de titanio depende en gran medida de la excitación de los fotones en el primer paso, por lo que hay suficientes fotones para excitar el dióxido de titanio y proporcionar suficiente energía. También podemos saber que la reacción fotocatalítica no ocurre de la nada. También requiere energía. Esto está en línea con el principio de conservación de energía. Consume fotones, es decir, energía luminosa. Si el sol incide sobre el fotocatalizador, se utiliza energía solar y la iluminación utiliza energía luminosa. Las Naciones Unidas enumeran el desarrollo de fotocatalizadores como una parte importante del plan de utilización de la energía solar del siglo XXI.
¿Qué tipo de fotones pueden excitar el dióxido de titanio? Teóricamente, la brecha entre la banda de conducción y la banda de valencia del dióxido de titanio anatasa es de 3,2 eV, mientras que la brecha entre la banda de conducción y la banda de valencia del dióxido de titanio rutilo es de 3,0 eV, por lo que el tipo rutilo requiere fotones con una energía luminosa mayor que 3.0eV, y anatasa El tipo de fotón requiere fotones mayores a 3.2eV La energía E del fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda λ (Lambda) E = h C/λ, por lo que podemos saber que la luz tiene una longitud de onda menor a 380 nm. puede excitar el dióxido de titanio anatasa. Aunque la anatasa requiere un poco más de energía para excitarse, el mismo fotocatalizador de dióxido de titanio de anatasa tiene una capacidad oxidante más fuerte y, por lo tanto, se usa más ampliamente. Las investigaciones muestran que cuando el tamaño de partícula es cercano a 7 nm, la anatasa es más estable que el rutilo, razón por la cual muchos nanofotocatalizadores utilizan anatasa.
Cuáles son las ventajas del TiO2 como fotocatalizador: 1. Banda de energía potencial adecuada.
2. Alta estabilidad química
3. No tóxico e inofensivo
4. Alta eficiencia de conversión fotoeléctrica
5.
6. Alta actividad
Desventaja: no hay absorción de luz visible
¿Cuáles son los principales factores que afectan la eficiencia catalítica del fotocatalizador de óxido de zinc? Al seleccionar y diseñar catalizadores metálicos, a menudo se considera la adaptabilidad energética y la adaptabilidad espacial apropiadas entre los componentes metálicos y las moléculas reactivas para facilitar la activación de las moléculas reactivas. Luego considere seleccionar el cocatalizador y el portador del catalizador adecuados, así como el proceso de preparación requerido, y controle estrictamente las condiciones de preparación para cumplir con la composición química y la estructura física requeridas, incluido el tamaño y la distribución de los granos metálicos.
El origen del fotocatalizador, introducción al fotocatalizador El origen del fotocatalizador: La tecnología del fotocatalizador es una nanotecnología básica nacida en los años 70. En China continental, utilizamos la palabra de moda fotocatalizador para referirnos a los fotocatalizadores. Un fotocatalizador natural típico es nuestra clorofila común, que promueve la hidratación del dióxido de carbono del aire en oxígeno y carbohidratos durante la fotosíntesis de las plantas. En general, la tecnología de nanofotocatalizadores es una tecnología nanobiónica que se utiliza en muchos campos de vanguardia, como la purificación ambiental, los materiales autolimpiantes, las nuevas energías avanzadas, el tratamiento del cáncer y los antibacterianos eficientes.
Suplemento:
Existen muchos materiales que se pueden utilizar como fotocatalizadores en el mundo, entre ellos el dióxido de titanio (TiO2), el óxido de zinc (ZnO), el óxido de estaño (SnO2) y el circonio. dióxido (óxido de sulfuro semiconductores como ZrO2) y sulfuro de cadmio (CdS). Entre ellos, el dióxido de titanio se ha convertido en el material nanofotocatalizador más popular del mundo debido a su fuerte capacidad de oxidación y propiedades químicas estables.
¿Está contaminado el fotocatalizador? Objetivamente hablando, no debería ser así. De lo contrario, ¿cómo podría utilizarse para tratar los contaminantes ambientales? Por supuesto, si se esparce algo de polvo ahora, causará algún daño al medio ambiente a pequeña escala, pero no es una contaminación esencial. Sólo tenga cuidado al usarlo.