化工工业废水处理工艺运行管理课件.ppt
化工废水处理工艺运行与管理,潘琼 副教授,水处理运行与管理,化工废水处理工艺运行与管理 潘琼 副教授水处理运,主要内容,化工工业包括石油化工，农业化工，化学医药，高分子，涂料，油脂等。 本知识点主要掌握光催化氧化处理化工工业废水。,化工废水处理工艺运行与管理,主要内容 化工工业包括石油化工，农业化工，化学医药，高分,在大多数情况下，光子的能量不一定刚好与分子的基态与激发态之间能量差值相匹配，在这种情况下，反应物分子不能直接受光激发，因此在某种程度上光催化氧化反应具有更大的利用价值。光催化氧化的分类：均相光催化氧化 非均相光催化氧化,一、光催化氧化的分类,化工废水处理工艺运行与管理,在大多数情况下，光子的能量不一定刚好与分子的基态与激发态之间,单独作为一种处理方法氧化有机废水与其它方法联用与混凝沉淀法、活性炭法或生化法联用通过投加低剂量氧化剂来控制氧化程度，使废水中有机物发生部分氧化、偶合或聚合，形成分子量不太大的中间产物，从而改变它们的可生物降解、溶解性及混凝沉淀性，然后通过联用技术去除。 与深度氧化相比，可大大节约氧化剂的用量，从而降低废水总的水处理成本。,UV/Fenton反应的应用,二、均相光催化氧化,化工废水处理工艺运行与管理,单独作为一种处理方法氧化有机废水UV/Fenton反应的应用,有机物浓度的影响亚铁离子浓度的影响过氧化氢浓度的影响不同载气的影响pH值的影响初始反应控制在6.0以下温度的影响反应时间的影响光强的影响,影响UV/Fenton反应的因素,化工废水处理工艺运行与管理,有机物浓度的影响影响UV/Fenton反应的因素化工废水处理,优点：光催化效率高，氧化能力强，可处理高浓度、难降解、有毒有害废水。与多相光催化相比，其降解有机物的速率是多相光催化的3-5倍。降低Fe2+的用量，保持过氧化氢较高的利用率紫外光和亚铁离子对过氧化氢的催化分解存在协同效应：即过氧化氢的分解速率远大于亚铁离子或紫外光催化过氧化氢分解速率的简单加和。主要问题：成本高，Fe2+作为催化剂反应后会留在溶液中形成二次污染。,影响UV/Fenton反应的优缺点,化工废水处理工艺运行与管理,优点：影响UV/Fenton反应的优缺点化工废水处理工艺运行,多相光催化氧化降解主要是指在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料，同时结合一定能量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子-空穴对作用，产生羟基自由基，再通过与污染物之间的羟基加合、取代、电子转移等使污染物全部或接近矿化，最终生成CO2、H2O及其它离子如NO3-、PO43-、SO42-、Cl-等。光催化氧化在Frank研究的基础上，已推广到金属离子、其它无机物和有机物的光降解。,三、多相光催化氧化,化工废水处理工艺运行与管理,多相光催化氧化降解主要是指在污染体系中投加一定量的光敏半导体,多相光催化氧化材料-半导体材料,半导体材料研究最多的是硫族化物，如TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2 ,不同的光敏材料在水处理中表现为不同的光催化活性。TiO2光化学稳定性高、耐光腐蚀，并且具有较深的价带能级，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO2表面得到实现和加速，且TiO2价廉无毒。,化工废水处理工艺运行与管理,多相光催化氧化材料-半导体材料半导体材料研究最多的是硫族化,光催化反应机理,化工废水处理工艺运行与管理,光催化反应机理化工废水处理工艺运行与管理,多相光催化氧化存在问题,电子-空穴对并不总是能导致光化学反应发生（1）自身或同其它吸附物发生化学发应（2）发生电子与空穴的复合或者通过无辐射跃迁消耗激发态能量（3）从半导体表面扩散到溶液中发生发应为了使光化学反应的高效进行，就是抑制电子-空穴对的复合，复合发生在ns或ps的时间内，预先吸附捕获剂在催化剂表面，界面电荷的传递和被俘获才有竞争性。,化工废水处理工艺运行与管理,多相光催化氧化存在问题电子-空穴对并不总是能导致光化学反应发,多相光催化氧化光催化剂TiO2活性,晶型影响（1）锐钛型：禁带宽度3.2ev（2）金红石型:禁带宽度3.0ev（3）板钛型:无光催化活性锐钛矿型光催化活性优于金红石型：（1）锐钛矿型具有较高的禁带宽度，使其电子空穴对具有更正或更负的电位，从而具有较高的氧化还原能力（2）在结晶过程中，锐钛矿型晶粒通常具有较小的尺寸和较大的比表面积（3）锐钛矿表面吸附H2O、O2及OH-的能力较强。,化工废水处理工艺运行与管理,多相光催化氧化光催化剂TiO2活性晶型影响化工废水处理工,TiO2的制备,气相法气相水解法：以TiCl4为母体，气化后在氢氧焰中进行高温下水解，得TiO2为30nm左右。气相氧化法（化学气相沉积）钛酸四丁酯气化，氦气或氩气载入与氧气作用生成TiO2沉积。液相法（1）沉淀法（2）中和法（3）溶胶-凝胶法,化工废水处理工艺运行与管理,TiO2的制备气相法化工废水处理工艺运行与管理,TiO2的改性,表面修饰：由于TiO2的吸收阈值为387nm，对太阳光的利用率低，为了提高光催化活性和扩大激发光波长范围而进行催化剂改性。（1）惰性金属沉积：Pt、Au、Ag、Cu（2）过渡金属掺杂：Fe3+（3）复合半导体：用两种或以上的半导体通过浸渍、混合溶胶、均匀沉淀等方法能够制成复合半导体催化剂。（4）表面光敏化：光活性物质可吸收可见光，受激发将电子传递给半导体导带（5）表面螯合及衍生化作用：含硫化合物、OH-、EDTA等螯合剂能影响半导体的能带位置，使导带移向更负的位置。,化工废水处理工艺运行与管理,TiO2的改性表面修饰：由于TiO2的吸收阈值为387nm，,TiO2催化剂的负载,将TiO2负载到光滑平整的载体上形成均一连续的薄膜。将TiO2固定到载体上方法：（1）粉体烧结法（2）溶胶-凝胶法（原料为 )（3）掺杂法（4）化学气相沉积法,惰性材料非惰性材料,有机醇盐无机钛盐,化工废水处理工艺运行与管理,TiO2催化剂的负载将TiO2负载到光滑平整的载体上形成均一,悬浮型：TiO2粉末直接与废水混合组成悬浮体系。优点：结构简单，能充分利用催化剂活性；缺点：存在固液分离问题，无法连续使用易流失悬浮粒子阻挡光辐射深度， TiO2 =0.5mg/m3左右，反应速度达到极限。,四、光催化剂TiO2的流态,化工废水处理工艺运行与管理,悬浮型：TiO2粉末直接与废水混合组成悬浮体系。四、光催化剂,固定型：TiO2粉末喷涂在多孔玻璃、玻璃纤维或玻璃板上。优点： TiO2不易流失，可连续使用.缺点：催化剂固定后降低了活性.非填充式固定床型：以烧结或沉积法直接将光催化剂沉积在反应器内壁，部分光催化表面积与液相接触。填充式固定床型：烧结在载体上，然后填充到反应器里，与非填充式固定床型相比，增大了光催化剂与液相接触面积，克服了悬浮型固液分离问题。,化工废水处理工艺运行与管理,固定型：TiO2粉末喷涂在多孔玻璃、玻璃纤维或玻璃板上。化工,流化床：负载了TiO2颗粒的载体，在反应器中以悬浮状态存在，优点：一方面可使催化剂颗粒多方位受到光照，并且在悬浮扰动下可防止催化剂钝化，提高催化剂利用效率；另一方面也解决了悬浆体系固液分离难的问题。,化工废水处理工艺运行与管理,流化床：负载了TiO2颗粒的载体，在反应器中以悬浮状态存在，,悬浮型：存在固液分离问题负载型：催化剂单位体积的表面积较低，阻碍了质量传递的进行。催化剂易钝化由于载体介质对光的吸收和散射，导致光能量的不足。共同存在问题：光吸收波长范围窄，光量子效率低。,五、光催化剂TiO2的存在的问题,化工废水处理工艺运行与管理,悬浮型：存在固液分离问题五、光催化剂TiO2的存在的问题化工,小结,本节主要介绍了化工工业废水光催化氧化法处理法，包括光催化氧化的分类、催化剂的基本要求和流态，以及催化剂使用过程中存在的问题等。,化工废水处理工艺运行与管理,小结 本节主要介绍了化工工业废水光催化氧化法处理法，,谢谢！,谢谢！,
