¿Cuáles son los procesos de tratamiento avanzado en la depuración de aguas residuales urbanas?
1.1 Adsorción de carbón activado e intercambio iónico
El carbón activado es un material poroso, fácil de controlar automáticamente y tiene una gran adaptabilidad a los cambios en el volumen, la calidad y la temperatura del agua. Por lo tanto, el método de adsorción con carbón activado es una tecnología avanzada de tratamiento de aguas residuales con amplias perspectivas de aplicación. El carbón activado tiene un efecto de eliminación muy obvio sobre la materia orgánica con un peso molecular de 500 a 3000, y la tasa de eliminación es generalmente del 70% al 86,7%. Su característica más importante es que no hay cambio de fase durante el proceso de separación y solo se utiliza una cierta presión como fuerza impulsora para obtener un alto efecto de separación. Es una tecnología de separación que ahorra mucha energía.
La microfiltración elimina bacterias, virus y parásitos y además reduce los niveles de fosfato en el agua. La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la Zona de Desarrollo de Tianjin utiliza membranas de microfiltración para tratar profundamente el efluente secundario de SBR para satisfacer las necesidades de usos diversos municipales y diarios, como paisajismo, lavado de carreteras y descarga de inodoros [8].
La ultrafiltración se utiliza para eliminar macromoléculas, y la tasa de eliminación de DQO y DBO en el efluente secundario es superior al 50%. La planta de tratamiento de aguas residuales de Beijing Gaobeidian utiliza ultrafiltración para tratar profundamente el efluente secundario, y la calidad del efluente cumple con los estándares de agua domésticos. La reutilización de aguas residuales para el lavado de coches puede ahorrar 4.700 m3 de agua cada año [9].
La ósmosis inversa se utiliza para reducir la salinidad y eliminar el total de sólidos disueltos. La tasa de desalinización del efluente secundario es superior al 90%, la tasa de eliminación de DQO y DBO es aproximadamente del 85% y la tasa de eliminación de bacterias es superior al 90% [10]. El agua de alimentación de una caldera de una central eléctrica en Myanmar utiliza una membrana de ósmosis inversa combinada con tecnología de desalinización eléctrica. El agua tratada mediante ósmosis inversa puede eliminar la mayoría de las sales inorgánicas, la materia orgánica y los microorganismos [11].
La nanofiltración se encuentra entre la ósmosis inversa y la ultrafiltración, y la presión de funcionamiento suele ser de 0,5 ~ 1,0 MPa. Una característica distintiva de las membranas de nanofiltración es su selectividad iónica. Su tasa de eliminación de iones divalentes llega al 95%, mientras que la tasa de eliminación de iones monovalentes es relativamente baja, entre el 40% y el 80% [12]. Pan et al. utilizaron tecnología integrada de membrana de biorreactor-nanofiltración para tratar el líquido residual de alcohol de melaza y lograron buenos resultados. La DQO del efluente es inferior a 100 mg/L y la tasa de reutilización de aguas residuales es superior al 80%.
Todavía existe una gran brecha entre la aplicación de la tecnología de membranas de mi país en procesamiento profundo y el nivel avanzado del mundo. Las investigaciones futuras se centrarán en el desarrollo y la fabricación de materiales para membranas con alta resistencia, larga vida útil, antiincrustantes y alto contenido de fundente, centrándose en resolver cuestiones clave como la incrustación de las membranas, la polarización por concentración y la limpieza.
1.3 Método de Oxidación Avanzado
Existen muchos tipos de contaminantes orgánicos de alta concentración y contaminantes tóxicos y nocivos emitidos en la producción industrial. Algunos contaminantes son difíciles de biodegradar y tienen efectos inhibidores y tóxicos. sobre el efecto de las reacciones bioquímicas. Sin embargo, el método de oxidación avanzado produce radicales libres altamente activos (como? Oh, etc.), que convierten los contaminantes orgánicos refractarios en sustancias moleculares pequeñas fácilmente degradables, e incluso producen directamente CO2 y H2O para lograr el propósito de inocuidad.
1.3.1 Método de oxidación húmeda
La oxidación húmeda (WAO) se realiza a alta temperatura (150 ~ 350 ℃) y alta presión (0,5 ~ 20 MPa), utilizando O2 o aire como El oxidante, oxida la materia orgánica o inorgánica del agua, eliminando así los contaminantes. Los productos finales son dióxido de carbono y H2O [14]. En 2002, la refinería de Fujian introdujo el proceso WAO, que resolvió por completo los problemas del tratamiento posterior de residuos alcalinos y la contaminación por olores, con bajos costos operativos y alta eficiencia de oxidación [15].
1.3.2 Método de oxidación catalítica húmeda
La oxidación catalítica húmeda (CWAO) consiste en agregar un catalizador adecuado al proceso tradicional de tratamiento de oxidación húmeda para realizar la reacción de oxidación en condiciones más suaves y completa. en un tiempo más corto, reduciendo así la corrosión del equipo y los costos operativos [16, 17]. En la actualidad, el dispositivo experimental industrial CWAO de flujo continuo construido en Kunming ha demostrado una buena economía [18].
Los catalizadores para oxidación catalítica húmeda generalmente se dividen en tres categorías: sales metálicas, óxidos y óxidos compuestos. En la actualidad, considerando la economía, los catalizadores más utilizados son los óxidos de metales de transición y sus sales como cobre, hierro, níquel, cobalto y manganeso. El uso de catalizadores sólidos también puede evitar la pérdida de catalizadores, la contaminación secundaria y el desperdicio de fondos.
1.3.3 Método de oxidación con agua supercrítica
El método de oxidación con agua supercrítica consiste en aumentar la temperatura y la presión por encima del punto crítico del agua en este estado se denomina agua supercrítica. En este estado, la densidad del agua, la constante dieléctrica, la viscosidad, el coeficiente de difusión, la conductividad y la química del disolvente difieren de las del agua ordinaria.
La temperatura de reacción más alta (400 ~ 600 ℃) y la presión también aceleran la velocidad de reacción y pueden lograr una alta eficiencia de destrucción de la materia orgánica en unos pocos segundos.
Por primera vez, la ciudad de Harrington, Texas, EE. UU. utilizó el método de oxidación con agua supercrítica para tratar lodos a gran escala, con una capacidad de tratamiento diaria de 9,8 t. La operación del sistema demostró que la eliminación de DQO. La tasa alcanzó más del 99,9%, y todos los componentes orgánicos del lodo se convierten en sustancias inofensivas como CO2 y H2O, con bajos costos operativos [19].
1.3.4 Método de oxidación fotocatalítica
En la actualidad, los métodos de oxidación catalítica fotoquímica se dividen principalmente en método de reactivo de Fenton, método de reactivo similar a Fenton y método de oxidación basado en TiO2.
El método del reactivo de Fenton fue descubierto por Fenton en el siglo XX y ahora se reevalúa como un método de investigación significativo en el campo del tratamiento de aguas residuales. ¿El reactivo de Fenton se produce a partir de sales de H2O2 y Fe2+? Oh, este reactivo es un sistema de oxidación muy atractivo para el tratamiento de aguas residuales porque el hierro es un elemento abundante no tóxico y el H2O2 también es fácil de manipular y seguro para el medio ambiente [20]. El reactivo de Fenton puede destruir compuestos tóxicos como el fenol y herbicidas en las aguas residuales. En la actualidad, existen muchos estudios nacionales sobre el uso del reactivo Fenton en el tratamiento de aguas residuales de impresión y teñido. Los resultados muestran que el reactivo Fenton tiene un buen efecto de decoloración en las aguas residuales de impresión y teñido. Además, estudios nacionales y extranjeros también han demostrado que el reactivo de Fenton puede tratar eficazmente aguas residuales que contienen aceite, alcohol, series de benceno, nitrobenceno y fenol.
El método reactivo tipo Fenton tiene las ventajas de un equipo simple, condiciones de reacción suaves y fácil operación. Tiene un gran potencial de aplicación en el tratamiento de aguas residuales orgánicas biodegradables tóxicas y nocivas. El principal problema en la aplicación práctica de este método es que el coste de tratamiento es elevado y sólo es adecuado para el tratamiento de bajas concentraciones y pequeñas cantidades de aguas residuales. Como método de pretratamiento o tratamiento avanzado para aguas residuales orgánicas refractarias, se puede combinar con otros métodos de tratamiento (como métodos biológicos, métodos de coagulación, etc.). ), puede reducir mejor el costo del tratamiento de aguas residuales, mejorar la eficiencia del tratamiento y ampliar el alcance de aplicación de esta tecnología.
El método de fotocatálisis induce fuertes radicales libres oxidantes irradiando algunos fotocatalizadores semiconductores con estructuras de bandas de energía, como dióxido de titanio, óxido de zinc, sulfuro de cadmio, WO3, etc. Ah, y se pueden realizar muchas reacciones químicas difíciles en condiciones convencionales. La fase anatasa TiO2_2 tiene las características de alta estabilidad, excelente rendimiento y bajo costo. Las últimas investigaciones internacionales pretenden obtener TiO22_2 mejorado (dopado con otros componentes), con líneas de absorción más amplias y mayor rendimiento cuántico.
1.3.5 Método de oxidación electroquímica
La oxidación electroquímica, también conocida como combustión electroquímica, es una rama de la electroquímica ambiental. El principio básico es oxidar la materia orgánica bajo la acción de la electrocatálisis sobre la superficie del electrodo o la acción de los radicales libres generados por el campo eléctrico. Además de oxidar completamente la materia orgánica en CO2 y H2O, la oxidación electroquímica también se puede utilizar como proceso de pretratamiento para el tratamiento biológico para convertir sustancias no biocompatibles en sustancias biocompatibles después de la conversión electroquímica. Este método tiene una alta utilización de energía y puede llevarse a cabo a baja temperatura. El equipo es relativamente simple, tiene bajos costos operativos, es fácil de controlar automáticamente y no tiene contaminación secundaria.
1.3.6 Método de degradación por radiación ultrasónica
El método de degradación por radiación ultrasónica proviene principalmente de las burbujas de cavitación generadas por el líquido bajo radiación ultrasónica, que absorben la energía del sonido y colapsan en un período muy corto. de tiempo La aniquilación libera energía, generando una alta temperatura de 1 900 ~ 5 200 K y una alta presión de más de 50 MPa en un espacio muy pequeño a su alrededor. Las moléculas de agua que entran en las burbujas de cavitación pueden sufrir reacciones de descomposición, lo que da como resultado una alta actividad de oxidación. Ah, induce la degradación de la materia orgánica; además, las moléculas de agua en la superficie de las burbujas de cavitación pueden formar agua supercrítica, lo que resulta beneficioso para aumentar la velocidad de las reacciones químicas.
El ultrasonido tiene un efecto significativo en la deshalogenación y oxidación de haluros. Los productos finales de degradación de compuestos orgánicos clorados como clorofenol, clorobenceno, CH2Cl2, CHCl3 y CCl4 son HCl, H2O, CO y CO2. La degradación ultrasónica también es muy eficaz para la desnitrificación de compuestos nitro. Agregar oxidantes como O3, H2O2, reactivo de Fenton, etc. mejorará aún más el efecto de degradación ultrasónica. La combinación de ultrasonidos con otros métodos de oxidación como US/O3, US/H2O2, US/Fenton y US/fotoquímicos es un punto de investigación actual. En la actualidad, la investigación sobre la degradación de los contaminantes del agua mediante radiación ultrasónica se encuentra todavía en la etapa de exploración experimental.
1.3.7 Método de radiación
El método de radiación es un método de purificación de radiación de aguas residuales desarrollado mediante el uso de rayos de alta energía (rayos γ, χ) y haces de electrones para destruir compuestos. ¿Se cree generalmente que el mecanismo de reacción de la tecnología de radiación para tratar aguas residuales orgánicas es producir agua bajo la acción de radiación de alta energía? Ah, ¿H2O2? HO2 y otras partículas de alta actividad. , y luego inducido por estas partículas altamente activas para degradar sustancias nocivas.
El método de radiación tiene las ventajas de una alta eficiencia y un funcionamiento sencillo. Los principales problemas de esta tecnología son que el equipo utilizado para generar partículas de alta energía es caro y técnicamente exigente, además este método consume mucha energía y tiene una baja utilización de energía. Además, para evitar daños por radiación al cuerpo humano, es necesario tomar medidas de protección especiales. Para obtener más información, visite Red de purificación de agua fácil. Por lo tanto, se requerirá una investigación sustancial y un trabajo exploratorio para poner este enfoque en práctica.
1.4 Método del ozono
El ozono tiene fuertes propiedades oxidantes y reacciona con muchas sustancias orgánicas o grupos funcionales, mejorando así eficazmente la calidad del agua. El ozono puede oxidar y descomponer el color y el olor causados por diversas impurezas en el agua, y el efecto de decoloración es mejor que el del carbón activado. También puede reducir la turbidez del efluente, tener un buen efecto de floculación, aumentar la velocidad de filtración o extender el ciclo de filtración. En la actualidad, la tecnología y los procesos nacionales de generación de ozono están relativamente atrasados y los costos operativos son demasiado altos, lo que dificulta su promoción.