水处理多相催化臭氧氧化技术研究现状.doc
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臭氧氧化技术在水处理中的应用摘要:本文对臭氧氧化技术在饮用水水处理中的应用现状进行分析,概述臭氧氧化工艺原理,提出臭氧氧化工艺在水处理中的应用研究热点,并围绕臭氧氧化技术在饮用水深度水处理中应用成果针对今后的主要研究方向进行阐述。
关键词:臭氧氧化;水处理;饮用水净化水是重要的自然资源。
21世纪全球面临资源环境问题,其中就有水资源保护的课题。
采用臭氧氧化技术进行水中污染物的含量降低,达到较好的去除效果,是当前重点理论界研究的热点话题。
1、臭氧氧化技术分析臭氧氧化法技术应用选择性较低的羟基自由基,通过臭氧氧化与各种水处理技术形成氧化性更强、反应的氧化技术组合。
它可以提高OH生成量和生成速度活跃的羟基自由基能够诱发链式反应形成氧化还原电位。
1.1紫外催化臭氧法用03/uv水处理法始于70年代,主要针对有毒有害且无法生物降解的有机污染物的处理。
80年代以来,研究范围扩大到饮用水的深度处理。
03/UV法的氧化能力和反应速度都远远超过单独使用uV或臭氧所能达到的效果。
围绕紫外催化氧化机理的很多研究认为氧化反应为自由基型反应,臭氧在紫外光辐射下会分解产生oH·自由基,在难降解有机废水和饮用水深度处理的处理中拥有应用前景。
1.2活性炭臭氧法活性炭降解有机污染物处理技术能引发臭氧链反,属于一种很有实际应用潜力的高级技术。
采用活性炭一臭氧法很短时问即可使弱酸性染料染色残液脱色率达100%,提高臭氧的利用率。
1.3.超声臭氧法超声波联合处理含酚废水,有效地降解废水有机污染物,提高降解有机物的效率。
超声辐射在臭氧氧化过程中使得加速反应的能力增强起加速反应作用,臭氧通入量的增大带来酚去除率增大。
1.4臭氧催化金属氧化法这是一种新型的有机物氧化的方法。
常温下金属氧化法加强臭氧氧化反应,以固状的金属(金属盐及其氧化物)为催化剂促进O3分解.1.5单独臭氧氧化技术常规的饮用水处理对水体中有机污染物的去除效果差强人意。
研究臭氧氧化技术在水处理中的应用水作为不可再生的宝贵资源,近年来,伴随我国社会的进步与成长,随着而来的环境问题也逐渐成为了眼下最重要的问题。
为改善生态环境,就要从缓解水污染严重的问题着手进行。
本文就是对水处理过程中所用到的臭氧氧化技术进行重点讨论,这项技术在水处理的过程中还是起到很关键的作用的。
后面为延缓现代水资源污染严重的问题,我国的技术人员也在为之不断努力。
标签:臭氧氧化;水处理;应用引言目前,从我国国情上来看,水,人们生活中绝对离不开的一种资源,同样也是全人类赖以生存的必要条件,它同时还可以推动人类社会进步。
经济技术的持续进步,使水资源成为了整个生态平衡不可或缺的宝贵资源,但是水是不能再生的资源,尤其是有被浪费的水资源,更需要运用一些现代化的技术手段来确保处理后的废水可以达到在重复利用的标准。
臭氧氧化技术也属于高级氧化技术的其中一种,用现代化的技术再将臭氧氧化技术进行进一步完善,使其拥有更好的效果,能够为后期污水处理的技术提高做出贡献。
1.臭氧净水的基本原理臭氧为什么会有强氧化性,原因是臭氧分子中的氧原子有非常强的亲电子或者亲质子性,新生态氧原子具有非常高的氧化活性,它的出现是由臭氧分解产生的。
另外,臭氧在水中还会变成有强氧化作用的HO。
2.臭氧氧化技术在废水处理中的重要性从生态和经济发展的观点来看,当前社会废水处理技术中比较完整的就是臭氧氧化技术了;提升臭氧氧化的成果,在运用上要与废水的特点相融合,从而达到最好的效果,现在研究的成果是臭氧氧化技术在废水处理过程中与ph相结合能够使其更完整。
在完整的过程进行时,合理控制好并利用,能够提升臭氧氧化技术在废水处理中的必要性。
另外,在臭氧氧化技术中系统中ph指的指标会跟随温度的变化而变化,整个过程中对于氧气的应用也应好好控制。
最后,要与臭氧氧化技术有关的工作原理相结合,提高水资源的应用,针对我国发展臭氧氧化的技术保证出水质量。
3.臭氧氧化技术在水处理中的应用3.1含废油处理以臭氧氧化技术为主要因素进行剖析,此项操作是通过炼油来控制对废水的处理,为了能够控制得更好,还需对此不断地升级更新生物能力;需要融合双膜工艺再次对深度处理进行更完整的处理,针对含油的废水来讲,关键是以浓盐水的提高,经过催化和臭氧氧化的反应的融合,深度处理炼油的成果,依照国家要求的标准,合理的对处理过的含油废水进行利用[1]。
一、水处理催化臭氧技术催化臭氧技术是基于臭氧的高级氧化技术,它将臭氧的强氧化性和催化剂的吸附、催化特性结合起来,能较为有效地解决有机物降解不完全的问题。
催化臭氧化按催化剂的相态分为均相催化臭氧化和多相催化臭氧化,在均相催化臭氧化技术中,催化剂分布均匀且催化活性高,作用机理清楚,易于研究和把握。
但是,它的缺点也很明显,催化剂混溶于水,导致其易流失、不易回收并产生二次污染,运行费用较高,增加了水处理成本。
多相催化臭氧化法利用固体催化剂在常压下加速液相(或气相)的氧化反应,催化剂以固态存在,易于与水分离,二次污染少,简化了处理流程,因而越来越引起人们的广泛重视。
1催化臭氧化对于催化臭氧化技术,固体催化剂的选择是该技术是否具有高效氧化效能的关键。
研究发现,多相催化剂主要有三种作用。
一是吸附有机物,对那些吸附容量比较大的催化剂,当水与催化剂接触时,水中的有机物首先被吸附在这些催化剂表面,形成有亲和性的表面螯合物,使臭氧氧化更高效。
二是催化活化臭氧分子,这类催化剂具有高效催化活性,能有效催化活化臭氧分子,臭氧分子在这类催化剂的作用下易于分解产生如羟基自由基之类有高氧化性的自由基,从而提高臭氧的氧化效率。
三是吸附和活化协同作用,这类催化剂既能高效吸附水中有机污染物,同时又能催化活化臭氧分子,产生高氧化性的自由基,在这类催化剂表面,有机污染物的吸附和氧化剂的活化协同作用,可以取得更好的催化臭氧氧化效果[3]。
在多相催化臭氧化技术中涉及的催化剂主要是金属氧化物(Al2O3 、TiO2、MnO2等)、负载于载体上的金属或金属氧化物(Cu/TiO2 、Cu/Al2O3、TiO2/Al2O3等)以及具有较大比表面积的孔材料。
这些催化剂的催化活性主要表现对臭氧的催化分解和促进羟基自由基的产生。
臭氧催化氧化过程的效率主要取决于催化剂及其表面性质、溶液的pH值,这些因素能影响催化剂表面活性位的性质和溶液中臭氧分解反应[4]。
臭氧氧化技术在污水处理中的研究现状本文综述了近年来臭氧氧化技术及其联合氧化技术的研究现状,包括臭氧氧化技术、臭氧/过氧化氢联合氧化技术、臭氧/紫外线联合氧化技术、臭氧/活性炭协同氧化技术,介绍了各种高级氧化技术的基本原理及研究现状,并对其特点进行了简要评述。
随着社会经济的发展,工业、生活废水中有机污染物种类越来越多,污水排放标准却在不断提高,常规的“物化手段+ 生化工艺"处理方式难以满足高标准的排放要求,而以O3 氧化工艺为代表的高级氧化技术往往能满足当前污水处理的需要。
众所周知,臭氧的氧化能力极强,氧化还原电位为2.07 V,在碱性溶液中仅次于氟。
臭氧的高级氧化技术,就是通过臭氧氧化与各种水处理技术组合,形成氧化性更强、反应选择性较低的羟基自由基(其氧化还原电位为2.80 V )。
臭氧高级氧化法与常规水处理方法比较,具有显著的特点,如对于生物难降解物质处理效果好、降解速度快、占地面积小、净化程度高、无二次污染、浮渣和污泥产生量较少等优点。
本文将对近几年来的臭氧高级氧化技术在废水处理中的应用进行简单的介绍。
1 .臭氧的特性臭氧是氧气的同素异形体,在自然条件下,为淡蓝色气体。
在标准压力和常温下,它在水中的溶解度是氧气的13 倍;正常情况下,臭氧极不稳定,容易分解成氧气。
臭氧有很强的氧化能力,是已知最强的氧化剂之一;臭氧为剧毒氧化性气体,一般认为人体在臭氧浓度不大于0.2 mg/m3 的环境下是安全的;臭氧对几乎所有的金属和非金属材料都有腐蚀作用。
2.臭氧及衍生氧化方法2.1 臭氧氧化法臭氧氧化有机物通过两种反应:直接反应和间接反应。
直接反应通过环加成、亲电反应、亲核反应实现。
间接反应通过O3 与H2O 的自由基诱发反应生成.OH,.OH 通过电子转移反应、抽氢反应、.OH加成反应可与大部分有机物进行反应,从而将部分有机物降解为CO2 和H2O。
经过臭氧氧化后,污水的COD 可得到一定的去除而且色度也可大大降低。
《臭氧高级氧化技术在废水处理中的研究进展》篇一一、引言随着工业的快速发展和城市化进程的加速,废水处理成为环境保护和可持续发展的重要课题。
臭氧高级氧化技术作为一种新型的废水处理技术,具有处理效率高、无二次污染等优点,近年来受到了广泛关注。
本文将就臭氧高级氧化技术在废水处理中的研究进展进行详细阐述。
二、臭氧高级氧化技术概述臭氧高级氧化技术是一种利用臭氧的强氧化性进行废水处理的技术。
该技术通过产生臭氧自由基,将废水中的有机物、无机物等污染物进行氧化分解,从而达到净化水质的目的。
臭氧高级氧化技术具有反应速度快、处理效率高、无二次污染等优点,在废水处理领域具有广泛的应用前景。
三、臭氧高级氧化技术的研究进展1. 臭氧产生技术的研究臭氧产生是臭氧高级氧化技术的关键步骤。
目前,常用的臭氧产生方法包括电化学法、紫外线法、电解法等。
近年来,研究者们通过改进设备、优化工艺等手段,提高了臭氧的产生效率,降低了能耗和成本。
2. 臭氧与有机物的反应机理研究臭氧与有机物的反应机理是臭氧高级氧化技术的核心。
研究表明,臭氧与有机物反应生成一系列的自由基和中间产物,这些自由基和中间产物具有较强的氧化性,能够将有机物彻底分解为无害物质。
此外,研究者们还对反应过程中的影响因素进行了深入研究,如pH值、温度、反应时间等。
3. 臭氧高级氧化技术在不同废水处理领域的应用臭氧高级氧化技术在不同废水处理领域的应用也是研究的热点。
例如,在印染废水、制药废水、石油化工废水等领域,臭氧高级氧化技术均取得了显著的处理效果。
此外,研究者们还针对不同废水的特点,开发了不同的臭氧高级氧化技术组合工艺,如催化臭氧氧化、臭氧与活性炭联用等。
四、臭氧高级氧化技术的优势与挑战优势:1. 处理效率高:臭氧高级氧化技术具有极强的氧化性,能够快速、彻底地分解有机物和无机物。
2. 无二次污染:与其他处理方法相比,臭氧高级氧化技术不会产生新的污染物。
3. 适用范围广:可以应用于不同行业的废水处理领域。
污水深度处理臭氧催化高级氧化系统关键技术探究摘要:随着经济的发展,我国污水排放量逐年增加,而污水中含有的有毒有害难降解污染物导致部分污水处理厂超负荷运行,处理效率低下且成本高昂。
因此,研发符合我国国情的先进污水处理技术及装备,提高污水处理效率、降低运营成本,克服水污染防治和水资源回用的难题就显得极其重要。
下面本文就污水深度处理臭氧催化高级氧化系统关键技术进行简要探讨。
关键词:污水深度处理;臭氧催化;氧化;1我国的水污染现状以及高级氧化技术根据国内外研究数据表明:受到污染的水源在经过了常规的混凝、沉淀以及过滤等工艺时,只能够将水中有机物成分的20%~30%去除,并且由于水中溶解性有机物的存在,对胶体的稳定性的破坏始终处于不利条件,由此导致了在常规的工艺基础上对原水的浊度进行去除时效果并非十分理想。
基于上述问题,我国先后提出了多项废水处理技术,高级氧化技术就是其中的一种。
单纯的臭氧在水处理中具有十分广泛的应用,但在传统方法的使用过程中会存在着如臭氧的利用率较低、成本高等特点;同时臭氧自身与有机物的反应会有较强的选择性,但对微污染饮用水的矿化度会相对较低,由此导致在处理一些较难降解的有机物时,会受到一定的限制。
基于传统方法所存在的问题我国提出了以产生自由基(OH-)为主体的高级氧化技术。
(OH-)自身的选择性低,但氧化能力很强,能够与水中的大部分有机物发生反应且对有机物的矿化度也相对较高,近年来作为高级氧化技术中的催化臭氧化技术得到了众多研究学者的认可,同时也引发了社会各界人士的高度重视。
催化臭氧技术与传统的未经过催化的臭氧技术相比在对水进行处理的过程中有一定的区别。
在尚未改变传统非催化臭氧技术原理的情况下对技术进行了升级和改造。
在催化剂的作用下能够使臭氧的氧化能力得到大幅度的提升,使水中的有机物成分在较短的时间内进行瓦解、矿化成如二氧化碳、水等无毒无害的物质。
催化剂在催化臭氧技术中的使用主要能够体现出两个方面的作用。
臭氧高级氧化技术在废水处理中的研究进展臭氧高级氧化技术在废水处理中的研究进展摘要近年来,随着环境污染的日益严重和对水资源的呼吁,废水处理技术不断发展并充实了研究。
臭氧高级氧化技术作为一种先进的处理技术,具有高效、快速、环境友好等优点,在废水处理领域得到了广泛应用。
本文主要对臭氧高级氧化技术在废水处理中的研究进展进行了综述,包括臭氧生成设备、臭氧高级氧化反应、影响因素以及应用案例等方面。
1. 引言废水处理是一个非常重要的环境保护问题,对于维护生态环境和人们的健康具有重大意义。
随着工业化的迅速发展,各种废水处理技术不断涌现,臭氧高级氧化技术作为一种高附加值的技术,在废水处理领域引起了广泛的关注。
臭氧高级氧化技术具有处理效率高、处理速度快、不产生二次污染等优点,是一种非常有潜力的废水处理方法。
2. 臭氧生成设备臭氧是一种具有强氧化性的氧化剂,可以迅速降解难降解的有机物和污染物。
因此,臭氧的生成设备是臭氧高级氧化技术的重要组成部分。
常见的臭氧生成设备有紫外线光解法、冷等离子体法、电致化学法等。
不同的生成设备具有不同的优缺点,在实际应用中需要根据实际情况选择适合的臭氧生成设备。
3. 臭氧高级氧化反应臭氧高级氧化技术的核心是高级氧化反应,该反应通过产生的自由基介导,迅速降解有机物质和污染物。
目前,主要采用的高级氧化反应包括直接氧化、间接氧化和辅助催化氧化等。
其中,直接氧化反应是最常见的一种形式,通过臭氧自身的氧化能力对有机物进行降解。
间接氧化反应则是通过臭氧与助剂共同作用对有机物进行氧化。
辅助催化氧化是在高级氧化反应中引入催化剂,增加反应速率和效果。
4. 影响因素臭氧高级氧化技术的效果受到多种因素的影响。
其中,氧气浓度、反应pH值、温度、臭氧浓度、有机物浓度等是主要影响因素之一。
氧气浓度越高、反应pH值越接近中性,温度越高,臭氧浓度越高以及有机物浓度越低,臭氧高级氧化技术的效果越好。
5. 应用案例臭氧高级氧化技术在废水处理中有着广泛的应用。
多相催化臭氧氧化法处理印染废水的研究董淑福【摘要】Catalyst with Fe-Mn oxide loaded on activated carbon has been used for treating printing and dyeing wastewater by heterogeneous catalytic ozonation.When mass ratio between Fe and Mn is 1∶2,the treatment efficiency of catalyst is the best.Optimal parameters for heterogeneous catalytic ozonation process are as follows:handling time is 60 min,ozone ventilatory volume 0.2 L/min,dosage of catalyst 20 g and wastewater pH=5.Though heterogeneous catalytic ozonation treatment,the removing rates of COD,ammonia nitrogen,total phosphorus and chroma of printing and dyeing wastewater are 81.7%,90.2%,97.6%and 99.1%,respectively.The removing efficiency is pretty good.%采用浸渍法制备了活性炭负载铁锰氧化物的催化剂用于对印染废水的多相催化臭氧氧化处理,当铁锰质量比为1∶2时,催化剂处理效果最佳.多相催化臭氧氧化工艺的最佳运行参数为:处理时间60 min、臭氧通气量0.2 L/min、催化剂投加质量20 g、废水pH=5.经多相催化臭氧氧化处理后,印染废水的COD、氨氮、TP、色度去除率分别为81.7%、90.2%、97.6%、99.1%.去除效果较好.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2013(033)004【总页数】3页(P58-60)【关键词】多相催化臭氧氧化;催化剂;印染废水【作者】董淑福【作者单位】同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海200092【正文语种】中文【中图分类】X703.1随着中国经济的快速发展,工业废水的产生量逐年增加,水环境问题也日趋严重〔1〕。
催化臭氧化技术在水处理中的应用研究进展【摘要】催化臭氧化技术是一种有效的水处理技术,在去除水中有机污染物和重金属方面具有显著的优势。
本文从催化臭氧化技术原理、应用案例、优势、研究现状和未来发展方向等方面进行了系统总结和讨论。
通过对已有研究成果的综述,可见催化臭氧化技术在水处理领域具有巨大潜力,未来发展将更加广泛和深入。
文章总结了催化臭氧化技术的重要性,并提出了研究的局限性和未来的工作方向。
本文旨在为催化臭氧化技术在水处理中的应用提供参考和启发,促进其在环境保护领域的进一步发展和应用。
【关键词】催化臭氧化技术、水处理、应用研究、进展、原理、应用案例、优势、研究现状、发展方向、总结、展望、重要性、局限性、下一步工作。
1. 引言1.1 研究背景催化臭氧化技术是一种利用催化剂在臭氧气体的作用下,对水中的有机物和污染物进行氧化降解的高级氧化技术。
随着工业化和城市化进程的加快,水资源污染日益加剧,传统的水处理方法已经难以满足环境保护的需求。
寻找一种高效、低成本的水处理技术显得尤为重要。
在当前环境污染日益严重的背景下,研究催化臭氧化技术在水处理中的应用具有重要意义。
通过深入研究催化臭氧化技术的原理和应用案例,可以为进一步推动其在水处理领域的应用提供理论和实践支持,为改善水质、保护环境做出积极贡献。
1.2 研究意义催化臭氧化技术在水处理中的应用研究具有重要的意义。
水污染已经成为全球环境问题,对人类生活和健康造成了严重威胁。
催化臭氧化技术可以有效地去除水中有机物、重金属和微生物等有害物质,提高水质水量,并减少对环境的影响。
催化臭氧化技术在水处理领域有着广泛的应用前景,可以应用于饮用水处理、工业废水处理等多个领域,为我国水资源的有效利用和保护提供了有力支持。
通过对催化臭氧化技术的深入研究和应用,可以推动我国水处理技术的创新和发展,提高我国在环保领域的国际竞争力。
深入研究催化臭氧化技术在水处理中的应用具有重要的意义,对促进水资源可持续利用、改善环境质量和保护人类健康具有深远的意义。
水处理多相催化臭氧氧化技术研究现状多相催化臭氧氧化技术是一种以臭氧为氧化剂,在催化剂的作用下,将有机物氧化为二氧化碳和水的技术。
这种技术具有高效、环保、无残留物等特点。
自20世纪80年代初,多相催化臭氧氧化技术开始被应用于水处理领域以来,受到了广泛的关注和研究。
研究表明,催化剂是水处理多相催化臭氧氧化技术中的关键因素。
常用的催化剂包括活性炭、金属氧化物、有机催化剂等。
这些催化剂能够提高臭氧的分解效率,加速有机物的氧化反应速率。
研究人员通过调整催化剂的成分、结构和制备方法,以提高催化剂的催化性能。
另外,反应条件也对水处理多相催化臭氧氧化技术的效果产生重要影响。
研究人员研究了臭氧浓度、反应温度、pH值等参数对技术的影响,并提出了优化的操作条件。
例如,提高臭氧浓度和反应温度可以显著提高氧化反应的速率和效果;适当的pH值可以提高催化剂的活性和稳定性。
此外,近年来,研究人员还开始关注水处理多相催化臭氧氧化技术的机理研究。
他们通过表征催化剂的物化性质、跟踪反应中的中间物质、分析氧化产物等,揭示了臭氧催化氧化反应的机理。
这些研究对于优化催化剂的设计和提高技术的效率具有重要意义。
最后,近年来,研究人员还开始将水处理多相催化臭氧氧化技术与其他水处理技术相结合,以提高水处理效果。
例如,将臭氧催化氧化技术与生物处理、纳米材料技术相结合,可以提高有机物的降解率和去除效果,减少残留物的生成。
这些研究将为水处理领域的技术发展提供新的思路和方法。
综上所述,水处理多相催化臭氧氧化技术是一种有效的水处理技术,在有机物的降解和污染物的去除方面具有明显的优势。
目前,研究人员在催化剂的设计、反应条件的优化、机理研究和技术组合等方面开展了大量的研究工作。
随着这些研究的不断深入,相信水处理多相催化臭氧氧化技术在水处理领域中的应用将得到进一步的推广和应用。
臭氧高级氧化技术在废水处理中的研究进展臭氧高级氧化技术在废水处理中的研究进展前言:随着工业化的不断发展,废水污染问题日益严重,对环境和人类健康造成了严重威胁。
因此,如何高效地处理废水成为了亟待解决的问题。
臭氧高级氧化技术作为一种环保、高效的废水处理技术,近年来受到了广泛的关注和应用。
本文将介绍臭氧高级氧化技术在废水处理中的研究进展,并探讨其未来的发展方向。
一、臭氧高级氧化技术的原理与优势1. 原理:臭氧高级氧化技术是利用臭氧分解产生的自由基,对废水中的有机物进行氧化降解的一种技术。
臭氧与水中的有机物发生反应产生高度活性的自由基,这些自由基能够快速氧化降解有机物分子,使其分解成无害的物质,从而达到净化废水的目的。
2. 优势:臭氧高级氧化技术具有以下几个优势:(1)高效性:臭氧反应速度快,自由基活性高,可以迅速降解各类有机污染物;(2)无二次污染:臭氧在废水处理过程中会自行降解为氧气,不会产生副产物,避免了二次污染的问题;(3)适应性强:臭氧高级氧化技术适用于不同类型的废水处理,包括工业废水和生活废水等;(4)操作简便:臭氧高级氧化技术的设备相对简单,操作方便,不需要太多的人力和物力支持。
二、臭氧高级氧化技术在废水处理中的应用臭氧高级氧化技术已得到广泛应用于废水处理领域,并取得了一定的研究进展。
以下是该技术在不同废水处理情况下的应用实例。
1. 工业废水处理:臭氧高级氧化技术在工业废水处理中得到了广泛应用。
以某化工企业废水处理为例,通过引入臭氧高级氧化技术,能够有效地将废水中的有机物降解为无害物质。
该技术的应用使得废水处理效率大幅提升,达到了国家排放标准,对环境造成的污染减少到最低程度。
2. 染料废水处理:染料废水是一种有机物含量高、色度高的难处理废水。
臭氧高级氧化技术在染料废水处理中具有明显的优势。
通过添加臭氧,可以快速将染料废水中的有害物质降解为无害物质,并同时去除废水中的颜色。
该技术在染料废水处理中取得了良好的效果,为解决染料废水处理难题提供了新的思路。
催化臭氧化技术在水处理中的应用研究进展引言水资源是人类生存和发展的基础,然而随着工业化和城市化的快速发展,水污染问题日益严重。
许多有毒有害物质和污染物被排放到水体中,严重影响水的质量和生态系统的平衡。
水污染治理和水处理技术的研究已成为科学家和工程师们关注的重要课题。
臭氧化技术是一种被广泛应用于水处理领域的高级氧化技术,其具有高效、安全、无二次污染等优点。
随着催化剂技术的发展,催化臭氧化技术在水处理中的应用也越来越广泛。
本文将从催化臭氧化技术的原理及特点、应用研究进展等方面进行探讨,以期为相关研究和应用提供参考。
一、催化臭氧化技术的原理及特点1.原理催化臭氧化技术是指在臭氧氧化过程中,通过添加催化剂来提高反应速率和增强反应特性的一种高级氧化技术。
在臭氧分解的过程中,产生了一种高活性的氧自由基,该自由基具有较强的氧化能力,可有效降解水中的有机物和毒性物质。
2.特点催化臭氧化技术具有高效、安全、无二次污染等特点。
具体表现在以下几个方面:(1)高效:催化臭氧化技术可以快速降解水中的有机物和毒性物质,具有较高的氧化效率和降解速率,可在较短的时间内实现水的净化和治理。
(2)安全:臭氧在水处理过程中不会产生有毒的副产物,处理后的水质安全可靠,符合环保要求。
(3)无二次污染:催化臭氧化技术在水处理过程中不会产生二次污染,对环境没有任何负面影响,是一种清洁的水处理技术。
二、催化臭氧化技术在水处理中的应用研究进展1.有机废水的处理有机废水是工业生产中常见的废水类型,其中含有大量的有机物和毒性物质,严重污染了环境和水资源。
催化臭氧化技术在有机废水的处理中具有较高的应用潜力。
研究表明,通过添加合适的催化剂,可以显著提高臭氧对有机物的氧化降解效果,降解率明显提高,处理效果良好。
2.水体中重金属的去除水体中的重金属污染是当前水环境面临的严重问题之一,重金属对水体生态环境和人类健康造成了严重威胁。
催化臭氧化技术在水体中重金属的去除方面具有独特的优势,其通过催化剂的引入,能有效提高重金属的氧化还原性,加速重金属的氧化沉淀和去除过程,使得水体中的重金属得到有效清除。
催化臭氧氧化技术在水处理中的应用研究进展摘要:催化臭氧氧化技术在水处理中的应用主要是产生大量的强氧化羟基自由基来对水中的有机物质进行分解,能够在常温、常压的状态下将那些难以被臭氧单独氧化或者降解的有机物质氧化。
因此催化臭氧氧化技术就相对比较经济、安全、可靠、高效,值得在今后的水处理中广泛应用。
关键词:催化臭氧氧化技术;水处理;应用引言催化臭氧氧化技术可以分为均相催化臭氧和非均相催化臭氧,两种方式都有着其优点和缺点,而如何将这两种方法的优点相互结合,提高水处理效率,是将来研究的主要方向。
一、常用的水处理技术(一)化学处理工艺印染废水在处理过程中存在的最难问题就是色度的难降解和有机物质的难去除。
在一般情况下,印染废水处理工艺可以分为化学处理工艺、物化处理工艺和生物处理工艺,每一种处理工艺都有着其优缺点,需要在实际操作中结合实际情况。
化学处理工艺的主要技术为混凝法、化学氧化法、电解法三种,化学处理工艺的优点是对于印染废水当中的COD去除效果较好,对于疏水性染料的脱色处理效果好。
化学处理工艺流程比较简单,操作管理比较方便,占地面积比较少。
其缺点是对于亲水性染料的脱色处理效果较差,处理过程中需要耗费大量的时间、人工、资金费用,处理之后的泥渣不易处理。
(二)物化处理工艺物化处理工艺属于化学处理工艺和物理处理工艺的总称,物化处理工艺的主要技术为吸附脱色、混凝沉淀、臭氧化学氧化法、离子交换法等,物化处理工艺的优点就是处理效果比较明显,吸附率比较高,脱色效果比较好。
其缺点是处理过程中需要耗费大量的时间、人工、资金费用,使用的范围比较小,会产生大量难以处理的泥渣。
(三)生物处理工艺生物处理工艺的主要技术为厌氧法、好氧法、好氧—厌氧法三种,生物处理工艺的优点是处理的成本费用较低,排放出的污染物较差,对于有机物质的去除效果明显,而且工艺操作比较稳定。
其缺点是对于色度的处理不够明显,还需要进一步的改进和优化。
二、催化臭氧氧化技术的基本内容饮用水处理中常见的有机污染物与臭氧和•OH的反应速率常数表催化臭氧氧化技术属于一种绿色环保的强氧化剂,具有非常高强的杀菌能力,现阶段已经广泛应用在生产生活中。
臭氧催化氧化技术在饮用水处理中的应用现状摘要:近年来,国民经济持续较快发展,工业城镇化进程迅速推进,人类活动广泛开展,饮用水源污染日益严重。
为了保证饮用水的安全,2022年3月15日,国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会联合发布中华人民共和国国家标准公告(2022年第3号)“关于批准发布《生活饮用水卫生标准等5项强制性国家标准的公告》”,正式批准《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2022)等5项强制性国家标准。
随着供水污染的严重和饮用水卫生要求的提高,传统的水处理工艺已经不能满足目前的要求和饮用水安全,使饮用水深度处理技术种类繁多,臭氧先进氧化技术是应用最为广泛的。
臭氧主要以两种方式与水中的有机污染物发生反应:一种是直接反应,即臭氧分子直接与有机污染物发生反应。
二是间接反应,即先将臭氧分解在水中,产生强氧化性无氢氧基自由基(•OH),然后无氢氧基自由基与有机污染物发生诱发链反应。
由于OH具有强氧化和与有机污染物反应快的特点,因此产生了一系列先进的氧化技术来促进臭氧消耗OH,主要有H2O2/O3、UV/O3、UV/H2O2/O3、电催化/O3、超声波/O3和臭氧催化氧化,其中臭氧催化氧化是最受关注的。
本文主要介绍臭氧催化氧化技术在饮用水处理领域的应用。
关键词:臭氧催化氧化技术;饮用水处理;应用现状;引言水是人类最宝贵的自然资源。
地球上水资源覆盖面积约有136000万平方公里,地球上水资源覆盖面积约有136000万平方公里,但可供人类利用的淡水资源仅占其中的0.7%左右。
随着医药、化学、印染等相关工业的蓬勃发展,全球每年有超过4200亿吨有机废水排放到河流、湖泊和海洋中,其中含有染料、洗涤剂、药品、个人护理产品、农药、羧酸和芳香族化合物等有机污染物。
如果这些污染物在水环境中长期滞留,不仅会破坏水体生态,消耗水体溶解氧,还可通过生物沉积和食物链的富集作用最终威胁人体健康。
迄今,在自来水中已发现的2000多种有机物中,致癌或促癌物占2.7%左右,致突变物约占2.5%。
多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons ,PAHs )是一类分子结构中含有2个或2个以上苯环碳氢化合物的总称,主要产生于矿物燃料的不完全燃烧或在还原条件下的热解。
一方面,PAHs 能够在自然环境下存在较长时间,对生物体可能造成致畸、致癌及致突变的作用,美国环保局(US EPA )将16种PAHs 列入优先控制污染物名单,我国也把PAHs 列入环境优先监测的黑名单中,并在生活饮用水卫生标准中规定PAHs (总量)<0.002mg ·L -1。
另一方面,有资料显示杭州市地表水、钱塘江、天津地表水和黄浦江表层水等水体都不同程度受到PAHs 污染,传统的净水处理工艺,对微量的有机物处理效果不佳,因此,对其污染治理进行了大量的研究工作。
臭氧多相催化氧化技术,是一种高级氧化技术,利用催化剂使O 3在反应过程中产生大量高氧化性自由基(如羟基自由基,OH ·)氧化分解水中的有机物,从而使水质净化。
本文将主要阐述臭氧多相催化氧化技术处理PAHs 的可行性和应用前景。
1PAHs 的处理技术表1列举了处理PAHs 常用的方法、影响因素和提高处理效果的措施。
生物修复技术主要是利用生物的新陈代谢作用,将环境中的PAHs 降解为CO 2和H 2O 等无害物质,处理效果较好,运行费用较低,但要求时间较长,条件也比较苛刻,同时PAHs 难溶于水,能够降解PAHs 的专属菌种很难生长,导致生物修复不适宜处理水中的PAHs 。
PAHs 疏水性强和正辛醇-水分配系数高的特点,使得去除环境中的PAHs 的物理方法主要集中在洗涤法和吸附法,其处理PAHs 的效率较高,既可治理方法分类影响因素提高处理效果常用的方法生物修复物理法化学法微生物修复植物修复洗涤法吸附法臭氧氧化超声法UV 氧化H 2O 2试剂氧化曝气方式温度C :N 比等物化性质生物有效性植物的种类扩散速率洗涤剂的选择吸附剂的选择扩散速率,氧化能力间歇曝气[1]30~50℃,并保持温度不变[2-3]污染介质与其他废弃物混合[4]投加表面活性剂或外加电场[5-6]多种植物的结合[7]投加表面活性剂和生物碱等[8-10]植物油取缔表面活性剂[11]吸附剂的改性及投加盐分或重金属离子[12-14]投加各种萃取剂、增加混合装置[15-16];Fe 2+和TiO 2等催化剂[17-18]表1处理PAHs 常用的方法、影响因素和提高处理效果的措施Tab.1Summary of PAHs treatment processes ,the factors and methods 臭氧多相催化氧化技术处理水中多环芳烃的进展刘浩,邓慧萍,刘铮(同济大学长江水环境教育部重点实验室,上海200092)摘要:介绍了多环芳烃(PAHs )的处理技术和臭氧多相催化氧化技术的研究现状,着重分析了臭氧多相催化氧化技术处理多环芳烃的可行性,简要提出了相关的反应机理。
水处理多相催化臭氧氧化技术研究现状臭氧化系统中,催化剂(固体)与反应溶液处于不同相,反应在固-液相界面进行的氧化方法称为多相催化臭氧氧化法。
近年来,多相催化臭氧氧化技术已经成为去除水中高稳定性、难降解有机污染物的关键技术之一。
利用固体催化剂协同臭氧氧化可以降低反应活化能或改变反应历程,从而达到深度氧化、最大限度地去除有机污染物的目的。
1 氧化效能研究对于多相催化臭氧氧化技术,固体催化剂的选择是该技术是否具有高效氧化效能的关键。
在多相催化臭氧氧化技术中涉及的催化剂主要包括负载型过渡金属催化剂、(负载型)过渡金属氧化物催化剂以及具有较大比表面积的孔材料。
按照催化剂的不同,将多相催化臭氧氧化技术氧化效能的研究现状进行总结,结果见表1。
尽管研究者对多相催化臭氧氧化技术降解有机污染物已经进行了大量研究,但大多数是以蒸馏水作为本底,主要集中在对有机物的分解效率、矿化度(TOC 去除率)、可生化性变化(BDOC) 、三卤甲烷生成势(THMFP) 等水质指标的考察。
表1 多相催化臭氧氧化水处理技术氧化效能催化剂目标有机物效果评价负载型金属催化剂腐殖酸、水杨O3 对腐殖酸和水杨酸矿化率(TOC) 为Cu/TiO 2,Cu/Al 2O3,Cu/Attapulgite 12%-15% ;催化臭氧化矿化率约为64%酸和缩氨酸经载体比较,TiO 2 和活性炭(AC) 具有最Pt、Pb、Pd、Ag、Co、Ru、Ir、Rh、Re 分别负载在TiO 2、SiO2、Al 2O3、活性炭、沸石上甲酸高的催化活性;SiO2、Al 2O3 和沸石的催化活性最差。
负载型金属催化剂显著提高了臭氧系统氧化能力,其中Pt/Al 2O3 与Pb/Al 2O3 具有最高的催化效能,纤维与有孔催化性能最差Pt/ Pt/ NiO3 最大去除率<40%(TOC) ;Al 2O3/O3Fe(Ⅲ)/Al 2O3 苯酚最大去除率>70%(TOC) ;Fe( Ⅲ)/Al 2O3/O3 最大去除率>90%(TOC)(负载型)金属氧化物O3/TiO 2 系统可以有效地降解草酸,TiO 2 草酸TOC 的去除率较单独臭氧化提高了95%TiO 2/Al 2O3、TiO 2/硅胶、TiO 2/绿坡镂石腐殖酸T iO 2/Al 2O3 最显著地提高了臭氧对腐殖酸(HA) 的氧化能力;500 ℃是TiO 2/Al 2O3 最佳烧结温度Al 2O3 的存在可以有效地提高臭氧对2-Al 2O3 2-氯酚氯酚的氧化效率。
在中性pH 条件下,催化臭氧氧化对2-氯酚的降解优势最突出在MnO2 存在下,水溶液中的苯和二恶MnO 2苯、二恶烷;草酸烷能被臭氧完全氧化为无机物;MnO 2的存在大大提高了臭氧对草酸的降解效果水合MnO2莠去津;磺基水杨酸、丙酸新生态水合MnO 2较商用MnO 2 具有更强的催化作用MnO x/GAC 催化剂的存在显著地提高了臭氧的利用率;在提高臭氧对有机物分解率的同时(单独臭氧化降解率为MnO x/GAC 硝基苯17%,而MnO x/GAC 催化臭氧氧化降解率为50%),MnO x/GAC( 锰氧化物/活性炭催化剂也显著地提高了有机物的矿) 化度催化臭氧氧化为,臭氧单独( 40%氧化为5%)孔材料活性炭的存在加快了有机物的分解。
活苯甲酸、对氯性炭对有机物臭氧化的影响作用与有活性炭苯甲酸和乙酸钠;1,2-二机物种类有关:对于臭氧氧化速率低的有机物,活性炭的影响明显;而对于臭羟基苯氧容易氧化的有机物,活性炭的催化优势则较小2 实际应用效能研究多相催化臭氧氧化技术的大量研究工作是以蒸馏水作为本底,侧重于考察固体催化剂的催化活性。
作为一种新型水处理技术,多相催化臭氧氧化技术在实际水处理工程中的应用仍处于起步阶段;为提供实际应用基础试验数据,近年来研究者对应用多相催化臭氧氧化技术处理实际水体中有机污染物的效能进行了考察,其中对饮用水水源和污水中有机污染物的处理效果均有所涉及。
2000 年,Gracia 等利用TiO2/Al 2O3 催化臭氧氧化技术降解西班牙Ebro 河水中的有机污染物(预处理去除悬浮颗粒物,初始TOC 质量浓度=4.46mg/L ;UV 254=0.067) 。
研究发现,催化剂的存在提高了TOC 的去除率;多相催化臭氧氧化后用氯消毒,其副产物少于臭氧氧化后用氯消毒;多相催化臭氧氧化过程对有机污染的去除存在最佳臭氧投量。
Li 等研究了AC/O 3 多相催化臭氧氧化与生物活性炭技术(AC/O 3/BAC) 联用去除密云水库中难降解有机物的效能。
研究发现,与单独臭氧氧化过程相比,AC/O 3 催化氧化过程更有效地提高了有机物的可生化性,并且AC/O 3/BAC 工艺较O3/BAC 工艺具有明显的DOC 去除优势。
笔者通过中试规模连续流试验,比较了MnO x/GAC 多相催化臭氧氧化、臭氧单独氧化对砂滤后松花江水(初始TOC 质量浓度 1.15-3.35mg/L ,UV 254=0.031-0.046) 的处理效能。
试验结果表明,MnO x/GAC 催化剂能够有效地提高臭氧氧化后COD Mn、UV 254、DOC 及THMFP的降低幅度,最佳状态时臭氧催化氧化对以上 4 个指标的去除率分别是臭氧单独氧化的 3.6、1.4、5.0、2.8 倍;但与Li 等的研究结果不同,试验发现多相催化臭氧氧化后水中有机物的可生化性没有提高。
近几年,一些研究者将多相催化臭氧氧化技术应用于废水有机污染物的处理,其中研究较多的是对纸浆废水的处理效果。
Virginie 等采用TOC-CATA 多相催化臭氧氧化作为纸浆废水的深度处理工艺。
传统的臭氧氧化法降解纸浆废水是依靠臭氧氧化和沉淀 2 种作用,其中沉淀起主要作用,有机物质并未被完全去除,并且臭氧消耗率受纸浆废水水质的影响较大;对于TOCCATA 多相催化工艺,纸浆废水有机物则被完全矿化成CO2,并且该过程运行效果稳定,臭氧利用率高。
可见,多相催化臭氧氧化技术具有明显的应用优势。
3 机理研究对于多相催化臭氧氧化反应过程,因为存在固、气、液三相反应,因此其机理的研究工作比较困难。
目前,在以下 3 方面对该过程机理讨论相对较多。
3.1 吸附在多相催化臭氧氧化中的作用Leitner 等将金属铜(质量分数5%-10%) 分别浸渍负载在TiO2、Al 2O3 和黏土(主要为Atta-pulgite) 上用以催化臭氧降解腐殖酸、水杨酸和缩氨酸时发现,催化剂载体(TiO 2、Al 2O3)可以与有机污染物所含的羧基官能团-COOH 反应,这也是发现水中腐殖酸和水杨酸可以在催化剂及其载体上有所吸附的原因。
上述催化剂对腐殖酸有很强的吸附作用,以至于催化臭氧氧化对腐殖酸的TOC 去除并没有明显的优势;缩氨酸则不同,它在催化剂上的吸附作用弱,催化臭氧氧化过程对缩氨酸则具有良好的TOC 去除效果。
将3 种催化剂比较可见,Cu/黏土对有机物的吸附作用很弱,与单独臭氧氧化相比,O3/Cu/黏土明显地提高了有机物的去除率(以TOC 计)。
将TiO 2 负载在Al 2O3、硅胶以及绿坡镂石上,研究者发现,在催化臭氧氧化过程中,吸附具有很重要的作用,具有最高催化活性的TiO 2/Al 2O3 催化剂对腐殖酸也具有最强的吸附能力。
笔者在MnO x/GAC/O 3 降解硝基苯的试验中发现,催化臭氧氧化效率基本上为单独臭氧氧化和催化剂对有机物吸附效率之和。
Legube 等研究认为,有机物的结构及其在催化剂上的吸附作用是决定多相催化臭氧氧化过程效率的重要影响因素;而且,有机物在催化剂上的高吸附能力使得催化过程无降解效率优势,但是,这并不能否定催化臭氧氧化过程,因为,吸附作用与催化作用对有机物的降解遵循不同的反应机理。
而笔者在MnO x/GAC/O 3 催化臭氧氧化硝基苯的试验中认为,多相催化臭氧氧化系统中,有机物的催化臭氧氧化效能并非是臭氧氧化和有机物在催化剂上的吸附作用的简单叠加;有机物吸附到催化剂表面后会继续被催化氧化分解。
有机污染物在催化剂上的吸附作用并不是催化氧化过程发挥其高效催化能力的必要条件。
催化氧化系统中,臭氧在催化剂表面的吸附、分解是催化臭氧氧化系统的关键;催化臭氧氧化反应体系中有机物分解效率的高低是由所生成的活性物种对有机物的氧化能力所决定的。
3.2 pH 对多相催化臭氧氧化的影响对于单独臭氧氧化过程,pH 是一个非常重要的影响因素。
由于pH 影响臭氧的分解,在不同的pH 范围内,臭氧氧化遵循不同的反应机理,所以研究者就pH 对多相催化臭氧氧化过程的影响进行了大量的研究。
但是pH 对不同多相催化臭氧氧化系统影响的试验现象并不一致。
1991 年,Paillard 等发现在酸性条件下,O3/TiO 2 系统可以有效地降解草酸,与pH 对臭氧化的影响规律一致,在高pH(5-9)条件下,催化效率更高。
Logemann 和Annee 发现,活性炭催化臭氧氧化过程中,在酸性pH 条件下,活性炭催化臭氧过程具有和碱性pH 条件相当的除污染效能。
笔者所在课题组在研究pH 对MnO x/GAC 多相催化臭氧氧化非离解型有机污染物硝基苯过程的影响时发现,与pH 对单独臭氧氧化过程的影响现象相反,低pH(2.74-3.52) 下反应条件较高,高pH(6.72-9.61) 条件更有利于硝基苯的催化臭氧氧化降解。
研究者依此试验现象推测羟基自由基并非该过程的主导活性物种;而通过羟基自由基淬灭剂叔丁醇对该过程无抑制作用的试验现象间接地证明了此推测的正确性。
尽管发现pH 对不同多相催化臭氧氧化系统具有不同的影响规律,但是研究者对该现象的产生原因少见解释。
目前,仅发现在Andreozzi 等研究pH 对固体MnO2 催化臭氧氧化草酸过程的影响的文献中有所讨论。
Andreozzi 等发现,降低pH,催化臭氧氧化速率加快;pH在4.1-6.0 变化最明显。
他们认为这可能是由于pH 对=Mn( Ⅲ)C2O42-配合物生成量有所影响。
在羟基化的固体催化剂表面存在 2 种不同的活性点MO -和MOH 2+,并有如下平衡:=MO -+2H+→=MOH 2+ (1)试验测得所用MnO2 催化剂的pH zpc 为5.6,在较低pH 条件下,表面活性点MnOH 2+有助于草酸(pK a1=1.2;pK a2=4.2)的吸附,所以观察到低pH 下随表面MnOH 2/浓度增大反应活性提高。
此外,尽管对于单独臭氧氧化过程,pH 条件与其反应机理相对应(在酸性pH 条件下,臭氧分子为主要氧化物种;在碱性pH 条件下为羟基自由基反应机理),但是对于多相催化臭氧氧化过程则无法简单地通过pH 条件来确定反应机理。
Paillard 等一方面发现pH 对TiO 2催化臭氧氧化过程的影响规律与对臭氧化的影响规律一致,但是另一方面发现在碱性pH 条件下O3/TiO 2 系统不受重碳酸盐碱度增加的影响。