废水中微量耗氧物质的催化氧化处理

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废水中微量耗氧物质的催化氧化处理

三水锰矿 / 2021-08-19

废水中微量耗氧物质的催化氧化处理

随着我国工农业的迅速发展,水的需要量越来越大。为此,除了扩大原有水源和开辟新水源外,对各种工业废水进行高级处理,以便循环利用或者作为灌溉用水,是关系到保护环境和发展工农业的大问题。

现在,实际使用的水的高级处理方法,主要的有凝聚过滤、离子交换、电渗析、反渗透、活性炭吸附和化学氧化等处理方法。

为了使废水循环利用,选择哪种处理方法,要根据废水中有害物质的性质、浓度、要求达到的水质指标和处理费用而定。上述这些物理化学处理方法,对处理无机营养物质、有机物质和其他重金属等有害物质的处理是有效的手段。但其缺点是处理费用较高。

因此,通常用于水质要求比较高的情况。如果仅针对处理废水中溶解的有机物质,那么采用活性污泥生物处理法则更为经济。

生物处理法就是利用河流自净作用的原理,即水中微生物的活动将有机物质分解,使水质净化。实际进行的生物化学过程是,当在有机废水中进行曝气提高溶解氧量时,废水中微生物合成的酵素则对有机物进行催化作用,使其完全氧化,微生物利用氧化反应释放的能量进行呼吸和繁殖,同时微生物本身也不断的进行氧化分解。全部生化过程可简要归纳如下

〔有机物]+O2 酵素→CO2+H20+ΔE(呼吸作用)

〔有机物]+NH3+O2 酵素→[微生物]+CO2+H20-ΔE (繁殖作用)

〔微生物]+O2 酵素→CO2+NH3+ΔE (本身氧化作用)

在上述生物化学过程中,有机物质约有一半转化为二氧化碳和水，另一半变为不溶于水的微生物固体。整个结果是,氧分子在酵素的催化作用下将有机物质氧化而分解。

从以上所述,使人们想到为了除去废水中的微量耗氧物质(简称COD),除可采用一般生物处理法和化学氧化法外,还可以用空气为氧化剂,对废水中微量COD物质进行催化氧化处理和催化氧化与生物氧化相结合的处理方法。在这些方面,目前有一些已在实际中应用,但大量的还处在研究阶段。以下简要叙述催化氧化法和催化氧化与生物氧化相结合的处理方法,在去除废水中无机COD物质和有机COD物质方面的应用。

一、无机COD物质的去除

废水中的耗氧物质可分有机物和无机物两类。无机耗氧物质主要有亚硝酸盐、亚铁盐和硫化物等,这些物质在废水中能被溶解的氧所氧化,因而消耗水中的溶解氧。为氧化这些物质所需要的总氧量,称为无机COD值。

利用曝气方法除去水中的亚铁离子,早已为人们所知,并在实际中应用。此法就是由曝气时溶解水中的氧将亚铁离子氧化成三价铁离子,然后以氢氧化铁沉淀的形式除去。但是,在常退下氧化反应很慢,当在pH<2的酸性溶液中,数小时曝气也没有三价铁生成。在这种情况下,亚铁在水溶液里氧化为三价铁的途径一般认为有二,一个途径是直接由亚铁氧化成三价铁,另一途径是亚铁离子吸附了反应生成的三价铁盐,然后被氧化为三价铁。在pH值低时,三价铁盐起到催化剂的作用。所以,用曝气法处理亚铁离子时,当溶液中性时加入三价铁盐可以促进亚铁离子的氧化反应。

此外,用哪气法处理亚铁时,加入催化剂活性炭在酸性溶液中也能促进亚铁离子的氧化。表11-12为在常温下硫酸溶液里加入话性炭量与亚铁离子的转化率的关系。由表可以看出,在这样的酸性养液里,仅哪气而不加活性炭,亚铁实际上不变化,但当加入佛化剂活性炭时,亚铁离子很快地完全氧化为三价铁。非且,活性贵加入量越大,氧化反应进行的越快。这种在酸性高的溶液里能用佛化剂催化亚铁离子氧化的现象,在实际中可用于治理湿法冶金的矿山酸性废水,

除上述以括性炭为催化剂用空气氧化亚铁的例子外,催化空气氧化法也可用于亚硝酸盐和氰化物废水的处理。例如,联氨二甲基联氨和四氧化二氮的净化,已用于实际工业中。其中对亚硝酸盐和氯化物的处理,效果非常显著。通常,亚硝酸盐要在pH-3的酸性溶被里才能进行氧化反应,而氰化物要在pH>10的碱性溶液里进行。若用催化氧化法,则在pH~7时即可进行氧化反应,这样就可以节约为调整酸碱度而需要的大量药品。如果使用催化剂活性炭,另外再加入化学药品,进行曝气操作,则可将废永的有害物质除去90%以上。

活性炭也可以与其他物质合用,进行空气氧化反应,在某些情况下具有明显的优越性。例如,活性炭与离子交换树脂合用氧化处理含氯废水。活性炭上载有铜离子,能促进氛的氧化分解反应。其作用是,强酸性阳离子交换树脂能分解铜佩络合物,而弱碱性阴离子交换树脂可通过氢氰酸,当废水通过活性炭柱时,活性炭中的钢离子与氰形成络合物,被吸附在活性炭的表面上(25毫克/克活性炭),随即为溶解的氧所氧化,进而分僻。活性炭可以再生,重复利用。在活性炭上进行的反应推测如下：

CN+½O2→CNO

CNO-+2H2O→HCO3-+NH3

HCO- +OH-→CO32- +H2O

2Cu2+ +20H-+CO22-→CuCO3·Cu(OH)2

由于铜离子不断以碱式碳酸铜的形式沉淀,所以需要连续的补充少量铜离子。这种方法恰巧可用于含氰镀铜废液的处理,可以同时除去氟和回收铜。表11-13为镀铜含氰废水的处理结果。在实验中吸附柱通水速度为0.15升/秒/米', 全部试验中铜的浓度在0.05毫克/升以下。从表中可以看出除氰效果很好。