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常见尾水处理工艺研究
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2019/3/2 7:40:48  

摘要:由于对水质的要求越来越高,水污染问题越来越严峻,为了保护现存的淡水,必须从源头治理废水,强化对污水厂废水的降解治理和回收利用。然而随着进入水体的污染物种类和数量的不断增加,以及水质监测指标的不断更新与加强,很多传统的水处理工艺已经无法满足检测指标中规定的标准,人类面临着需要发现新的降解污水技术来适应新标准的挑战。因此,许多新的水处理方法应运而生,比如吸附技术、膜处理技术以及AOPs等。

关键词:尾水 处理工艺

1吸附技术

吸附技术是一类低能耗的固体萃取工艺,在CDOM的降解中发挥着重要的作用。由于吸附剂外层存在着大量功能基团能够与有机污染物有着多重吸引力,并且依靠吸收孔道密集,比表面积大,能够有效达到富集有机污染物的目的[15, 16]。另外,吸附技术在水资源治理和水体环境保护中起着主导作用,应用较多的是活性炭(Activated Carbon,AC)和离子交换树脂[17]。

活性炭通过和有机物分子之间疏水作用等物理吸附来降解污染物[18]。活性炭对酚类、蛋白类等简单有机物具有很好的处理效果,它能够形成不同的活性炭孔径并对匹配不同分子量大小的CDOM组分。AC主要存在2种常见的物理形式,即粉末状AC和粒状AC。

离子交换树脂由于其保持时间长和吸附效果好而被认为是最有使用前景的降解手段。离子交换树脂的结构特殊,其含有的叔胺或季铵盐容易吸附有机污染物分子形成化学键[19]。离子交换树脂的这一特点使得它的吸附能力极强,能够快速简便吸附水中的有机污染物,在水处理领域应用十分广泛。离子交换树脂的这一特性使其具有很高的吸附性能,它可以快速、简便地吸附水中的有机污染物,在水处理领域着有广泛的应用

2膜处理技术

膜处理技术具有隔离水中悬浮物和胶体的功能,它的存在使两者得以被分离。同时,膜处理技术还能够对水体中的有毒有害微生物进行有效清理,保持水生生态系统健康,因而成为近年来广泛使用的水处理技术之一[20]。根据膜的孔径大小、被吸收污染物的大小以及吸收能力的区别可以将滤膜分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)等[21, 22]。

反渗透的主要原理是以压力差作为有机物分子穿透的能量,对其中滤膜一面的滤液增加推力,当推力超过其渗透压时,滤液会与天然的渗透相反的方向流动,从而实现分开与提纯的目的。反渗透在对各类有机污染物分离时有着类似的处理过程,主要可以分为预处理、膜分离和后处理三个过程,见图1。

相较于反渗透,微滤是一种更为精密的过滤技术,主要利用分子之间的压力对污染物进行过滤,一般来说微滤去除污染物分子直径在0.02~15 μm之间,主要用于反渗透首端的预处理和超纯水的终端处理。

超滤去除污染物分子的尺寸在反渗透和微滤之间,提纯的分子大小为0.003~10 μm。在膜处理过程中,存在外界压力的情况下溶液经过滤膜表面,有机物分子的尺寸小于滤膜孔径时可以通过滤膜,而比滤膜孔径大的溶质被阻截,从而实现浓缩的目的[23]。

图1典型的反渗透工艺流程

3高级氧化法

随着城市污水排放量急剧增加,国家和人民对水质安全有更高的要求,传统污水处理技术的经济性和技术性都难以达到预期的处理效果。自1980年后,高级氧化工艺(AOPs)在污水厂废水和生活用水处理中有着重要的作用[24]。与氯等具有净化和消毒双重作用的氧化剂相比,AOPs主要用于饮用水和废水中有机物或者无机污染物的破坏。AOPs可以通过紫外、超声等物理和化学反应产生高活性的羟基自由基,这些自由基作为一种强有力的氧化剂,能够充分降解污水厂尾水CDOM并将其充分降解为CO2、水及小分子物质[25]。高级氧化工艺主要对一些不易分解、高浓度的污染物如化工厂污水、印染废水和垃圾渗滤液等有很好的处理效果,常见的高级氧化工艺主要有Fenton、UV、O3、超声等氧化工艺。

Fe是一种最为常用的催化H2O2产生·OH的金属。Fenton是指在pH为2~5的条件下,Fe2+作为催化剂促使H2O2快速生成·OH,同时Fe2+被氧化产生的Fe3+与大分子物质反应从而发生混凝,因此Fenton在处理污水过程主要有催化和混凝。在污水处理中,Fe3+容易和废水中大分子有机物反应形成含Fe污泥,并且这种污泥往往需要单独处理,增加了污水处理的复杂性和运行成本。此外,Fenton氧化法在中酸性条件下更易生成·OH,Fenton对污水处理的应用受到了限制,在实际应用中需要考虑诸多条件[26]。

UV工艺是指在反应液中有催化剂情况下,通过反应液在部分范围的UV或可见光催化作用下产生羟基自由基。常规的光催化剂主要有TiO2、SnO2和ZnS等,其中二氧化钛(TiO2)是目前一种最为常用的半导体催化剂。单纯的UV降解污染物能力较差,通常将UV或者可见光与其他处理工艺联合使用,如UV/O3[27]、UV/H2O2等。一般来说,在H2O2或者O3存在的情况下,在UV光氧化下更容易生成·OH。例如,H2O2分子被UV照射下会分裂产生两个·OH,见公式1。

最近几年来,人们对O3处理饮用水有着越来越多的研究。O3是一种选择性非常强的氧化剂,氧化还原电位为2.07V,具有降解速率快、反应条件温和、无二次污染、成本低廉等特点,在废水处理和净化中受到越来越多的关注。溶液的初始pH是考察O3速率一个影响相对较大的条件,根据初始pH的变化,O3对污染物的氧化有两种机制,分别是·OH直接攻击和间接攻击O3分子。初始pH可以改变O3的动力学途径,在pH<7的情况下,O3氧化具有选择性,以直接氧化为主,而在中性和碱性情况下,通常以间接氧化为主[28]。

参考文献

[1]   甘淑钗, 吴莹, 鲍红艳, 等. 长江溶解有机质三维荧光光谱的平行因子分析 [J]. 中国环境科学, 2013, 33(6): 1045-1052.

[2]   蔡文良, 许晓毅, 杜娴, 等. 嘉陵江重庆段DOM三维荧光光谱的平行因子分析 [J]. 环境科学研究, 2012, 25(3): 276-281.

[3]   苏荣国, 胡序朋, 张传松, 等. 荧光光谱结合主成分分析对赤潮藻的识别测定 [J]. 环境科学, 2007, 28(7): 1529-1533.

[4]   胡序朋, 苏荣国, 梁生康, 等. 海洋浮游植物三维荧光光谱中瑞利散射的校正 [J]. 海洋环境科学, 2008, 27(5): 506-509.

[5]   郭卫东, 黄建平, 洪华生, 等. 河口区溶解有机物三维荧光光谱的平行因子分析及其示踪特性 [J]. 环境科学, 2010, 31(6): 1419-1427.

[6]   周倩倩, 苏荣国, 白莹, 等. 舟山渔场有色溶解有机物(CDOM)的三维荧光-平行因子分析 [J]. 环境科学, 2015, 36(1): 163-171.

[7]   吕桂才, 赵卫红, 王江涛. 平行因子分析在赤潮藻滤液三维荧光光谱特征提取中的应用 [J]. 分析化学, 2010, 38(8): 1144-1150.

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