水处理高级氧化技术34页PPT

o3
臭氧发生器
转子流量计
o2
阀门2 转子流量计 泵3 阀门4
尾气排出
转子流量计 阀门3 泵2
循
阀门1
环
阀门7
水
箱
阀门5
在线蜗轮 L 流量计
阀门6
排水阀2
排水阀1
转子流量计
排水箱
配水箱
电磁阀2 电磁阀1 泵1
制氧机
排空阀2
排空阀1
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
实验仪器
酸度计
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
影响反应系统的主要参数
温度 压力 反应器的体积 反应器中臭氧在气相、液相中的浓度 液相中的pH值 气液流速 污染物的种类、浓度、以及液相的组成
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
实验步骤
依次打开进水阀门，水泵，氧发生器，调节氧气和臭氧 流量；
测定进水浓度，COD。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
实验结果与整理
绘制出水水质随时间变化曲线：浓度—时 间曲线；COD—时间曲线；pH值—时间 曲线;
计算浓度、COD去除率。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统

（3）适用范围广，可以适用于各种有毒物质、废水废物的处理； （4）不形成二次污染，产物清洁不需要进一步处理，且无机盐可 从水中分离出来，处理后的废水可完全回收利用； （5）当有机物含量超过2%时，就可以依靠反应过程中自身氧化 放热来维持反应所需的温度，不需要额外供给热量，如果浓度更高， 则放出更多的氧化热，这部分热能可以回收。
1.湿式氧化基本原理 湿式氧化法（Wet Air Oxidation，简称WAO）是在高温、
高压下，利用氧化剂将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水， 从而达到去除污染物的目的。与常规方法相比，具有适用范 围广、处理效率高、极少有二次污染、氧化速率快、可回收 能量及有用物料等特点，因而受到了世界各国科研人员的广 泛重视，是一项很有发展前途的水处理方法。
2.过氧化氢的制备 从1945年起，利用有机物的自动氧化过程，使氧气还原成
过氧化氢。在工业生产上有两种方法：异丙醇法和蒽醌法。
第8页/共48页
第十三章 氧化还原
3.过氧化氢在水处理中的应用 1).Fenton试剂
Fenton试剂是亚铁离子和过氧化氢的组合，该试剂作为强氧 化剂的应用已具有一百多年的历史，在精细化工、医药化工、医 药卫生、环境污染治理等方面得到广泛的应用。
（1）效率高，处理彻底，有机物在适当的温度、压力和一定的保 留时间下，能完全被氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小 分子化合物，有毒物质的清除率达99.99%以上，符合全封闭处理要 求；
（2）由于SCWO是在高温高压下进行的均相反应，反应速率快， 停留时间短（可小于1min），所以反应器结构简洁，体积小；
第19页/共48页
第十三章 氧化还原
第20页/共48页
第十三章 氧化还原
13.2.5光化学氧化法

❖ 碱催化臭氧氧化 如O3/H2O2，它们是通过 OH-来催化产生·OH而对有机物进行降解
❖ 光催化臭氧氧化 如O3/UV、O3/H2O2/UV
❖ 多相催化臭氧氧化 如O3/固体催化剂（如活 性炭、金属及其氧化物）
2021
28
臭氧氧化性能的影响因素－－气态O3的 投加方式
❖ O3的投加方式通常在混合反应器中进行，混 合反应器的作用有二：（1）促进气、水扩散 混合；（2）使气、水充分接触，迅速反应。
加202量1 困难
11
饮用水处理－－色、嗅、味的去除
❖ 地表水体的色度主要由溶解性有机物、悬浮 胶体、铁锰和颗粒物引起。溶解性有机物引 起的色度较难去除，其致色有机物的特征结 构是带双键或芳香环。
2021
12
饮用水处理－－色、嗅、味的去除
❖ 其脱色的机理是臭氧及其产生的活泼自由基 OH使染料发色基团中的不饱和键（芳香基或 共轭双键）断裂生成小分子量的酸和醛，生 成了低分子量的有机物，从而导致水体色度 显著降低。
❖ 臭氧对系统具有良好的缓蚀作用；
❖ 适应pH值范围宽；
❖ 运行费用大大低于化学药202剂1 。
19
循环冷却水的处理－－臭氧防腐机理
❖ 臭氧是一种强氧化剂，其抑制腐蚀的机理与 铬酸盐缓蚀剂的作用大致相似，主要原因是
由于冷却水中活泼的氧原子与亚铁离子反应 后，在阳极表面形成一层含γ-Fe2O3的氧化物 钝化膜能阻碍水中的溶解氧扩散到金属表面， 从而抑制腐蚀反应的进行 。同时，由于这种
2021
14
臭氧与有机物的反应途径
❖ 直接反应：污染物+ O3→产物或中间物 有选择性，速度慢；
❖ 间接反应：污染物+ HO·→产物或中间物

分类
根据产生强氧化剂的方法不同，高级 氧化技术可分为电化学氧化法、光化 学氧化法、湿式氧化法等。
原理与特点
原理
高级氧化技术通过产生羟基自由基（·OH）等强氧化剂，将有机污染物氧化成 低毒或无毒的小分子物质，甚至完全矿化成二氧化碳和水。
特点
高级氧化技术具有处理效率高、适用范围广、可矿化有机物等优点，但也存在 设备成本高、能耗高等缺点。
废水处理
高级氧化技术在废水处理中的应用主要包括有机废水、重金属废水以及 放射性废水的处理。通过强氧化作用，可以有效分解有机物，降低废水 中有机污染物的含量，使废水达到排放标准。
具体方法包括臭氧氧化、芬顿反应、光催化氧化等。这些方法能够提高 废水的可生化性，为后续的生物处理提供有利条件。
高级氧化技术还可以与生物处理技术结合，形成组合工艺，进一步提高 废水处理效果。
高级氧化技术概述 课件
目 录
• 高级氧化技术简介 • 高级氧化技术种类 • 高级氧化技术应用实例 • 高级氧化技术发展现状与趋势 • 高级氧化技术在实际应用中的优
化策略 • 高级氧化技术的前景展望
01
高级氧化技术简介
定义与分类
定义
高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes，简称AOPs ）是一种通过产生强氧化剂来处理有 机污染物的技术。
疗废物等。
高级氧化技术可以用于固体废物的减量 化和资源化。通过高温焚烧、湿式氧化 等工艺，可以将固体废物中的有害物质 转化为无害物质，同时实现废物的减量
化和资源化利用。
在固体废物处理中，高级氧化技术还可 以与其他技术结合，如生物处理、物理 处理等，形成组合工艺，进一步提高处
理效果。
04
高级氧化技术发展现状与 趋势

泥处理、垃圾填埋场的渗滤液处理等，取得了良好的处理效果和环境效益。
制药废水处理案例
要点一
总结词
制药废水处理是高级氧化技术的重要应用领域之一，可以 有效去除废水中的有害物质，达到排放标准。
要点二
详细描述
制药废水成分复杂，含有大量的有机物、重金属离子和抗 生素残留等有害物质，对环境和人体健康造成严重威胁。 高级氧化技术如臭氧氧化、电化学氧化等被用于处理制药 废水。这些技术能够通过强氧化作用分解废水中的有害物 质，使废水得到净化。制药废水处理案例包括抗生素、生 物制药等行业的废水处理，取得了良好的处理效果和环境 效益。
高级氧化技术的分类
化学氧化
通过化学反应产生强氧化剂，如臭氧、过氧 化氢等。
湿式氧化
在高温高压条件下，通过氧气或空气将有机 物氧化成水和二氧化碳。
光催化氧化
利用光能激发催化剂，产生强氧化剂，将有 机物氧化。
电化学氧化
利用电解反应产生强氧化剂，将有机物氧化 。
高级氧化技术的应用领域
工业废水处理
处理含有难降解有机污 染物的废水，提高处理 效率和降低污染物排放
05 高级氧化技术案 例分析
工业废水处理案例
总结词
工业废水处理是高级氧化技术的重要应用领域，可以有效去除废水中的有害物质，达到排放标准。
详细描述
在工业废水处理中，高级氧化技术如Fenton试剂、臭氧氧化、湿式氧化等被广泛应用。这些技术能够 通过产生强氧化剂来分解废水中的有机物、重金属等有害物质，使废水得到净化。工业废水处理案例 包括石油化工、印染、造纸等行业的废水处理，取得了良好的处理效果和经济效益。
电化学反应的应用
电化学反应在污水处理、 工业废水处理等领域得到 广泛应用。

废水，具有较佳的经济
效益和社会效益
2500 5000 7500 10000
进水COD和所需能量的关系
1.3 湿式空气氧化法的主要影响因素
（1）温度 温度是湿式氧化的主要影响因素。温度越高，反
应速率越快，反应进行得越彻底。同时温度升高 还有助于液体粘度的降低和氧气传质速度的增加。 但过高的温度是不经济的。
离开反应器的物料进入旋风分离器，在此将反 应中生成的无机盐等固体物料从流体相中沉淀 析出。
离开旋风分离器的物料一部分循环进入反应器， 另一部分作为高温高压流体先通过蒸汽发生器， 产生高压蒸汽，再通过高压气液分离器，随N2 和大部分CO2离开分离器，进入透平机，为空气 压缩机提供动力。
液体物料（主要是水和溶在水中的CO2）经排出 阀减压，进入低压气液分离器，分出的气体 （主要是CO2）进行排放，液体则为处理后水， 而作补充水进入水槽。
• ⑤当有机物含量超过2%时，就可以实现自热， 不需要额外供给热量。
超临界水氧化技术的缺点
不过，超临界水氧化技术也存在以下不足： • ①由于超临界水氧化反应是在高温高压条件
下进行的，所以对设备材质要求高； • ②超临界水氧化环境比通常条件更易导致金
属的腐蚀； • ③在超临界水氧化中，为中和反应过程中产
贮存罐
气液分离器
再沸器
高压泵
反应器 循环泵
热交换器 空压机
WAO系统工艺流程
透平机
从工艺的经济性分析， 湿式氧化系统一般适用
于处理高浓度废水
燃烧
生物氧化
湿式氧化
化学氧化
不同处理方法时处理费用和COD浓度的关系
从图中可知，湿式氧化
能处理较宽COD浓度范
5000

5
7.1.2.3 降低TOC和DOC
普通化学氧化不能达到显著降低TOC和DOC的效 果。如臭氧氧化腐殖质，生成小分子的醛类（甲醛、 乙醛等）和羧酸（甲酸、乙酸等），积累于溶液中。 甲醛有致突变和致癌性。如果同时存在大量的溴化物 时形成溴酸盐化合物，如3-溴-2-甲基-2-丁醇，对人体 健康更加有害。
Beijing Institute of Petro-chemical Technology
1
7.1 废水处理高级氧化技术的进展
高级氧化工艺（advanced oxidation processes, AOPs)：以自由羟基（·OH）作为氧化剂，采用两种或 多种氧化剂联用发生协同效应，或者与催化剂联用， 提高·OH的生成量和生成速度，加快反应速率，提高处 理效率和出水水质。
4
7.1.2.2 快速反应
臭氧的反应速率常数：KO3＝0.01-1000L/(mol·s)
·OH自由基反应速率常数：K ·OH ＝108-1010L/(mol·s)
臭氧对不同污染物的氧化速率相差很大，表现出 较强的选择性； ·OH自由基对不同污染物氧化速率相 差不大，可实现多种污染物的同步去除。
Beijing Institute of Petro-chemical Technology
Beijing Institute of Petro-chemical Technology
8
7.1.3高级氧化工艺的研究进展及典型工艺介绍
7.1.3.1 Fenton反应 Fenton法是1894年芬顿在研究酒石酸( Tartaric
Acid )分解时发现：加入亚铁离子（Fe2+）可加強过氧 化氢（H2O2）氧化能力，可氧化许多种有机物。此后 经多人实验证实，于是便将此二种试剂合称为Fenton 试剂。

10
7.1.3.1 Fenton反应
Fenton试剂一方面可利用过氧化氢与亚铁离子反 应产生具有强氧化能力的羟基自由基（·OH），可氧化 水中难分解的有机物。另一方面，亚铁离子氧化成铁 离子（Fe3+），铁离子有混凝作用也可去除部分有机 物。
Fenton氧化法在众多相关的废水处理技术中，已 被认为是最有效、最简单且经济的方法之一。
自由羟基·OH是最具活性的氧化剂，在AOPs中起 主要的控制作用，是氧化反应的中间产物，在天然水 体和大多数饮用水中，具有10μs的平均寿命。
如：O3的自由基链式反应分解生成·OH 、光分解 H2O2生成·OH 、Fenton反应生成·OH 等。
2
7.1.2高级氧化工艺的特点
7.1.2.1 高氧化性
9
7.1.3.1 Fenton反应
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- +·OH Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2·+ H+ H2O2 + ·OH → HO2·+ H2O Fe3++ HO2·→ Fe2+ + H+ + O2 Fe2++ HO2·→ Fe3+ + HO2Fe2+ + ·OH → Fe3+ + OHFe2++ HO2·+ H+ → Fe3+ + H2O2
21
Fenton试剂对操作条件要求的小结
a. pH 2~4为Fenton反应的最佳范围。
b. 在反应溶液中，加入FeSO4作为亚铁离子的来源， 其加入的铁离子在反应中可视为触媒。

Biodegrability(%)
50 45
TOC, (150c)
40
TOC, (200c)
35
TOC, (250c)
30
TOC, (300c)
WAO处理效果
25
20
15
10
5
0
0
15
30
60
90
120
WAO处理印染废水
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
15
30
60
90
120
第10页，共34页。
第15页，共34页。
湿式催化氧化效果
处理对象 处理方式及条件 反应时间 WAO （min） 催化WAO 反应温度 WAO （℃） 催化WAO 去除率 WAO （%） 催化WAO
乙酸
60 60 248 248 15 90
氨
苯酚
60
30
60
60
220~270 250
263
200
5
98.5
50
94.8
第16页，共34页。
纯水
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
时 间 （ min）
第27页，共34页。
臭氧浓 度（ mg/L）
臭氧产生率
12 11 10
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0
对氯酚 溶液 纯水
10
20
30
40
50
60
70
80

水处理中的高级氧化技术本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March水处理中的高级氧化技术摘要：高级氧化技术对处理高浓度难降解有毒有害的废水有很好的效果。

介绍高级氧化技术机理及Fenton 氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、超声氧化法、湿式氧化法和超临界水氧化法在水处理领域的研究进展和应用，探讨了各种高级氧化技术的优缺点。

关键词：高级氧化技术；废水处理；羟基自由基高级氧化工艺（Advanced Oxidation Processes,简称AOPS）是20世纪80年代开始形成的处理有毒污染物技术，它的特点是通过反应产生羟基自由基（·OH），该自由基具有极强的氧化性，通过自由基反应能够将有机污染物有效的分解，甚至彻底的转化为无害的无机物，如二氧化碳和水等。

由于高级氧化工艺具有氧化性强、操作条件易于控制的优点，因此引起世界各国的重视，并相继开展了该方向的研究与开发工作。

高级氧化技术主要分为Fenton氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、超声氧化法、湿式氧化法和超临界水氧化法。

一、几种高级氧化技术氧化法过氧化氢与催化剂Fe2+构成的氧化技术体系称为Fenton试剂。

它是100多年前由发明的一种不需要高温和高压而且工艺简单的化学氧化水处理技术。

近年来研究表明，Fenton的氧化机理是由于在酸性条件下过氧化氢被催化分解所产生的反应活性很高的羟基自由基所致。

在Fe2+催化剂作用下，H2O2能产生两种活泼的氢氧自由基，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化。

其一般历程为：Fe2+ + H2O2→Fe3+ +OH- +·OHFe3+ + H2O2→Fe2+ + H+ + ·O2HRH +·OH→R·+ H2OR· +·OH→ROH + ·OHFe2+ + ·OH→OH- + Fe3+Fenton氧化法一般在PH为2~5的条件进行，该方法优点是过氧化氢分解速度快，因而氧化速率也较高。