Le développement rapide de l'industrie sidérurgique a produit une grande quantité d'eaux usées industrielles difficiles à traiter, en particulier des eaux usées de cokéfaction, qui contiennent une grande quantité de matières organiques à haute concentration toxiques, nocives et difficiles à dégrader. Il a les caractéristiques d'une composition complexe et de grands changements dans la qualité et le volume de l'eau. Le traitement des eaux usées de cokéfaction suscite de plus en plus d'inquiétudes. Faire attention à. À l'heure actuelle, le traitement des eaux usées de cokéfaction est principalement des méthodes de traitement biologique traditionnelles, des méthodes de floculation et de coagulation et des méthodes d'adsorption. Les eaux usées de cokéfaction ont une faible biodégradabilité et doivent être diluées en grande quantité avant le traitement biochimique. De plus, une fois que la DCO (demande chimique en oxygène) et la teneur en azote ammoniacal de l'effluent biochimique sont difficiles à satisfaire à la norme en même temps, il doit être traité davantage. Cependant, certaines technologies de traitement avancées ont des coûts de traitement élevés, et il est difficile de dégrader complètement certaines substances toxiques et nocives, et elles sont sujettes à une pollution secondaire. Sur la base de l'état actuel du traitement des eaux usées à coke, il est très nécessaire d'étudier des technologies de traitement efficaces et respectueuses de l'environnement.
Le processus d'oxydation avancé (AOP) utilise les radicaux hydroxyles extrêmement actifs (·OH) générés dans le système de réaction pour attaquer les molécules de polluants organiques et finalement oxyder les polluants organiques en CO2, H2O et autres non toxiques. technologie de traitement des eaux usées conviviale et efficace. À l'heure actuelle, les technologies d'oxydation avancées comprennent principalement l'oxydation chimique, l'oxydation photochimique, l'oxydation photocatalytique, l'oxydation catalytique humide, etc. Parce que les AOP ont les avantages d'une forte oxydation et d'un contrôle facile des conditions de fonctionnement, elles ont attiré de plus en plus d'attention ces dernières années.
Oxydation chimique
Cette méthode utilise des oxydants chimiques pour convertir des substances inorganiques ou organiques liquides ou gazeuses en substances légèrement toxiques ou non toxiques ou les convertir en formes facilement séparables. Les oxydants couramment utilisés dans le domaine du traitement de l'eau sont l'ozone, le peroxyde d'hydrogène, le permanganate de potassium et similaires. Dans le processus de traitement des eaux usées au phénol, l'application d'ozone et de peroxyde d'hydrogène est la plus courante.
À l'heure actuelle, de nombreux pays dans le monde ont utilisé l'ozone pour la désinfection, en particulier en Europe, l'ozone est utilisé dans le traitement de l'eau dans les usines de traitement de l'eau. Ajoutez des catalyseurs solides au système d'oxydation à l'ozone, tels que du charbon actif avec une grande surface. L'ozone et le charbon actif sont utilisés en même temps pour jouer un rôle catalytique et peuvent absorber les produits de petites molécules après l'oxydation à l'ozone. Les deux augmentent conjointement le OH- dans la solution. Il a un effet synergique pour générer plus de radicaux hydroxyles.
Le peroxyde d'hydrogène est un oxydant puissant. Il a une réaction d'oxydation rapide dans une solution alcaline et n'apportera pas d'ions d'impuretés à la solution de réaction. Par conséquent, il est bien utilisé dans le traitement d'une variété de polluants organiques ou inorganiques. Le peroxyde d'hydrogène est utilisé depuis longtemps pour éliminer la DCO dans les eaux usées industrielles. Bien que le prix de l'utilisation de l'oxydation chimique pour traiter les eaux usées soit plus élevé que les méthodes physiques et biologiques ordinaires, cette méthode a des effets irremplaçables avec d'autres méthodes de traitement, telles que les méthodes toxiques. Pré-digestion des eaux usées dangereuses ou non biodégradables, prétraitement des eaux usées à forte concentration/faible débit, etc. L'effet de l'utilisation de peroxyde d'hydrogène seul pour dégrader les composés réfractaires stables à forte concentration n'est pas bon. Il peut être amélioré en utilisant des sels de métaux de transition. La méthode la plus courante consiste à utiliser des sels de fer pour l'activer.
▶Méthode du réactif de Fenton's.
Le réactif de Fenton, qui est composé de sel ferreux soluble et de peroxyde d'hydrogène mélangés dans un certain rapport, peut oxyder de nombreuses molécules organiques et le système ne nécessite ni température ni pression élevées. Le Fe2+ dans le réactif peut initier et favoriser la décomposition du peroxyde d'hydrogène, générant ainsi des radicaux hydroxyles. Certaines substances toxiques et nocives telles que le phénol, le chlorophénol, le chlorobenzène et le nitrophénol peuvent également être oxydées par le réactif Fenton's et le réactif de type Fenton.
La combinaison de peroxyde d'hydrogène et d'ozone et la combinaison de peroxyde d'hydrogène et d'ultraviolets sont appelées technologie de type Fenton, et son principe est fondamentalement le même que celui de la technologie Fenton.
▶Oxydation photochimique
Cette méthode est une réaction chimique réalisée sous l'action de la lumière. Cela nécessite que les molécules absorbent le rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde spécifique et soient excitées pour produire un état d'excitation moléculaire, puis passent chimiquement à un autre état stable, ou deviennent un produit intermédiaire qui initie une réaction thermique. L'effet de décomposition du simple rayonnement ultraviolet est faible. En introduisant une quantité appropriée d'oxydants (tels que H2O2, O3, etc.) dans le procédé d'oxydation par lumière ultraviolette, l'effet du traitement des eaux usées peut être considérablement optimisé et le taux de dégradation peut être accéléré. Il existe deux modes de photodégradation de la matière organique : la photodégradation directe et la photodégradation indirecte. Le premier fait référence à la réaction directe de molécules de matière organique avec des substances du milieu environnant après avoir absorbé de l'énergie lumineuse ; ce dernier fait référence à certaines substances existant dans l'environnement organique Le processus d'absorption de l'énergie lumineuse dans un état excité puis d'induction de la réaction de la matière organique et des polluants. Parmi eux, la dégradation lumineuse indirecte de la matière organique est plus importante.
La plage de longueurs d'onde pouvant être utilisée dans la méthode d'oxydation photochimique est de 200 nm ~ 700 nm, c'est-à-dire la plage de lumière ultraviolette et de lumière visible. L'oxydation photochimique a des applications dans le contrôle de la pollution de l'air et le traitement des eaux usées. Il peut être divisé en UV/O3, UV/H2O2, UV/Fenton et autres systèmes selon les types d'oxydants. Quel que soit le système, les réactions photochimiques dégradent généralement les matières organiques en générant des radicaux hydroxyles.
Par exemple, dans le système UV/O3, l'ozone en phase liquide se décomposera pour produire des radicaux hydroxyles sous rayonnement ultraviolet, et le taux d'absorption ultraviolet atteint le maximum à 253,7 nm, ce qui peut oxyder la plupart des matières organiques en CO2 et en eau, et est utilisé pour traiter le fer dans les eaux usées industrielles. Cyanates, composés organiques, acides à base d'azote, alcools, pesticides, composés organiques contenant de l'azote, du soufre ou du phosphore, et des produits organiques chlorés et autres polluants.
▶Oxydation photocatalytique
Dans cette méthode, un photocatalyseur (également appelé photocatalyseur) produit un effet catalytique sous l'irradiation d'une source lumineuse d'une longueur d'onde spécifique, de sorte que les molécules d'eau environnantes et l'oxygène sont excités pour former des ions libres ·OH- et ·O2 extrêmement actifs. groupes. La technologie d'oxydation photocatalytique utilise des catalyseurs tels que TiO2, ZnO, WO3, CdS, ZnS, SnO2 et Fe3O4.
Le TiO2 est le catalyseur le plus couramment utilisé. Dans la réaction photocatalytique, l'activité photocatalytique du TiO2 est principalement affectée par la phase cristalline, la taille des grains et la surface spécifique. Lorsque la phase cristalline est déterminée, la taille des grains cristallins et la surface spécifique deviennent des facteurs importants dans la photocatalyse du TiO2. Plus la taille des particules est petite, plus le temps de diffusion des électrons et des trous photogénérés est court, et plus la surface spécifique est grande, plus elle est efficace pour absorber la pollution dans l'eau. La substance pour améliorer les performances photocatalytiques. Lorsque la taille des particules de catalyseur atteint le niveau nanométrique, elle peut également produire un effet quantique pour améliorer le taux d'absorption de la lumière et le taux d'utilisation, ce qui est une direction importante de la recherche actuelle sur les catalyseurs.
L'oxydation photocatalytique présente les caractéristiques de non toxicité et de conditions opératoires simples. La lumière ultraviolette, la lumière solaire simulée et la lumière solaire peuvent être utilisées comme sources lumineuses, et les conditions naturelles (telles que l'air) peuvent être utilisées comme promoteurs catalytiques. Il a une activité élevée, une bonne stabilité et peut rendre organique. Les polluants sont complètement dégradés et il n'y a pas de pollution secondaire. Ces dernières années, afin d'utiliser pleinement la lumière naturelle pour dégrader divers polluants, les gens ont beaucoup travaillé pour améliorer l'activité catalytique et élargir la plage de longueurs d'onde de la lumière d'excitation, également connue sous le nom de modification de surface des catalyseurs. Le dopage par métal de transition du TiO2 peut former de nouveaux niveaux d'énergie modifiés en déposant des métaux précieux, élargissant ainsi sa gamme de photoréponse. Les traitements de modification tels que la photosensibilisation peuvent améliorer les performances photocatalytiques.
Les domaines d'application de l'oxydation photocatalytique comprennent principalement le traitement des eaux usées de teinture, des eaux usées organiques à haute concentration et l'élimination des micropolluants difficiles à dégrader dans l'étape de traitement avancé de l'eau potable. Dans des circonstances normales, l'oxydation photocatalytique du TiO2 ne peut être réalisée que dans la gamme de longueurs d'onde de la lumière ultraviolette, ce qui limite la vulgarisation et l'application de la technologie photocatalytique. De plus, le développement des réacteurs d'oxydation photocatalytique est encore immature, et il est difficile de réaliser un traitement à grande échelle.
▶Oxydation humide
Cette méthode est une méthode d'oxydation avancée qui utilise des oxydants pour oxyder la matière organique des eaux usées en dioxyde de carbone et en eau à haute température et haute pression, éliminant ainsi les polluants. Le procédé présente les caractéristiques d'une large gamme d'applications, d'une efficacité de traitement élevée, de peu de pollutions secondaires, d'un taux d'oxydation rapide et d'une énergie récupérable et de matériaux utiles. Au Japon et aux États-Unis, ce type de méthode a été appliqué en ingénierie, est une technologie de pointe et offre de larges perspectives de développement. Cependant, ce procédé présente également un problème, c'est-à-dire que l'oxydation par voie humide doit généralement être effectuée dans des conditions de température et de pression élevées. Le produit intermédiaire est souvent de l'acide organique, qui nécessite des matériels d'équipement élevés, des catalyseurs coûteux, et ne convient qu'aux eaux usées à faible débit et à forte concentration...
Les méthodes d'oxydation humide comprennent deux types : l'oxydation à l'eau sous-critique et l'oxydation à l'eau supercritique. La technologie d'oxydation de l'eau supercritique fait référence à une nouvelle technologie de traitement des déchets à haute efficacité dans laquelle l'eau est oxydée pour traiter les polluants organiques dans des conditions supercritiques. Sous une certaine température et pression, presque toute la matière organique peut être complètement oxydée et décomposée en peu de temps, ce qui raccourcit considérablement le temps de traitement des eaux usées. Le dispositif de traitement est entièrement clos, ce qui permet un gain de place et aucune pollution secondaire.
Dans l'eau supercritique, la solubilité du sel est considérablement réduite, tandis que la solubilité des substances organiques est considérablement augmentée. Par exemple, le benzène, l'hexane, le N2, l'O2, etc. peuvent être complètement miscibles à l'eau, provoquant des changements de densité, de viscosité et de coefficient de diffusion. Le coefficient de diffusion diminue avec l'augmentation de la densité. Parce que la technologie d'oxydation humide utilise une température et une pression plus élevées, la densité de l'eau diminue, le coefficient de diffusion devient plus grand et la vitesse de transfert de masse augmente fortement.
Les domaines d'application de l'oxydation humide comprennent principalement le traitement des eaux usées aux pesticides, le traitement des eaux usées au phénol, le traitement des eaux usées et des boues d'impression et de teinture, etc. Une fois les eaux usées susmentionnées traitées par oxydation humide, la toxicité est considérablement réduite et la biodégradabilité est également améliorée. A l'aide d'un traitement biochimique, le rejet des eaux usées peut être réalisé.
La technologie d'oxydation avancée peut minéraliser les polluants organiques en dioxyde de carbone et en eau. C'est un processus respectueux de l'environnement, mais le coût de traitement élevé lors de la dégradation des polluants est un"goulot d'étranglement" restreindre sa promotion. Dans la technologie d'oxydation avancée de la Chine', à l'exception de quelques-unes telles que la méthode Fenton et la technologie d'oxydation à l'ozone qui ont été appliquées dans le traitement réel de l'eau, le reste est principalement en phase de recherche en laboratoire ou de test à petite échelle. Ce n'est qu'en résolvant les inconvénients des coûts d'investissement et de traitement élevés de la technologie d'oxydation avancée, de la corrosion grave des équipements et d'une petite quantité d'eau traitée que son application dans l'industrie actuelle peut être accélérée. L'orientation du développement de la technologie d'oxydation avancée peut être résumée comme suit :
La première est que certaines technologies telles que la technologie d'oxydation photocatalytique et la technologie d'oxydation à l'ozone peuvent améliorer la biodégradabilité des eaux usées, mais il est difficile et coûteux de traiter séparément les eaux usées de cokéfaction. Il peut être associé à une technologie biochimique pour réduire la toxicité biologique des eaux usées de cokéfaction et améliorer la biodégradabilité. , Et ensuite utiliser des méthodes biochimiques à faible consommation et à haute efficacité pour le traitement.
Deuxièmement, les technologies telles que l'oxydation catalytique humide et l'oxydation à l'eau supercritique ont des exigences élevées en équipement et des coûts de traitement élevés. Des travaux de recherche et de développement spéciaux peuvent être menés pour des matériaux de réacteur et des catalyseurs à faible coût. Dans le traitement des eaux usées de cokéfaction, les eaux usées difficiles à traiter, telles que l'ammoniac restant, ne doivent pas être mélangées avec d'autres eaux usées, augmenter la quantité d'eaux usées, puis utiliser les oxydants avancés mentionnés ci-dessus pour le traitement.
Le troisième est de concevoir un réacteur avec une structure simple, un rendement élevé, une lumière naturelle et un fonctionnement stable à long terme, d'améliorer l'efficacité du traitement de la technologie d'oxydation photochimique et d'oxydation photocatalytique, et de le combiner avec la coagulation, l'adsorption et d'autres technologies.