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由于工業的迅速發展,工業廢水造成的環境污染問題越來越受關注。在過去的幾十年里,研究者們致力于開發能高效去除工業廢水中難降解有機污染物的技術,其中高級氧化技術(AOPs)是發展潛力的一類。高級氧化技術是以產生具有強氧化能力的羥基自由基(·OH)為特點,在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應條件下,使大分子難降解有機物氧化成低毒或無毒的小分子物質的技術。常見的高級氧化技術包括H2O2/UVC、臭氧氧化技術(O3、O3/UVC、O3/H2O2及O3/H2O2/UVC)、光催化技術、Fenton及光Fenton技術等。
近年來,電化學高級氧化技術(EAOPs)取得到迅速的發展,已成為高級氧化技術中有應用前景的技術之一。電化學高級氧化技術是一種通過陽極氧化水生成羥基自由基以及直接電子轉移而去除廢水中污染物的技術,包括了的陽極氧化技術(AO)、電Fenton技術(EF),以及最近研究較熱的光電Fenton(PEF)和太陽光電Fenton(SPEF)技術,此外還有過氧化物絮凝、電化學過氧化和超聲波電Fenton等技術,均已廣泛應用于各種有機污染廢水的處理。由于電化學高級氧化技術的建設成本和運營成本較高,一些研究者還提出了包含生物處理、化學混凝、電絮凝以及膜處理在內的綜合處理工藝,以優化廢水處理。
然而,已有的電化學高級氧化技術在
近些年來,水產養殖產業不斷向前發展,逐步由傳統放養型向著集約型、設施化、密集型方向轉變。養殖方式的轉變,一方面能夠提高養殖效率,另一方面,也加劇了對水體環境的破壞。高密度養殖模式往往需要向水體中投放更高量的飼料,這就會使水體在短時間內迅速惡化、腐敗,一旦水質控制不合理,將會嚴重影響到水產品的正常生長,最終損害到養殖戶的經濟效益。養殖密度的增高,水生動物在水體中每天產生的尿液和糞便會蓄積在池塘底部,進一步增加了水體氨氮和生化需氧量,隨著養殖時間的增加,水體中的有毒有害物質含量會逐步升高,如果這些水體沒有進行適當的凈化處理,持續排放到周圍環境中,使得環境水體中溶氧降低,氨氮、亞硝酸鹽含量顯著升高,細菌、有毒有害微生物大量滋生,引起水體富營養化對周圍環境造成二次污染。
1、水產養殖廢水物理化學處理技術
1.1 機械化過濾
機械化過濾是過去水產養殖過程中經常采用的一種水體凈化技術,該項技術是從傳統的砂濾池中不斷演變發展起來,其原理是利用相應物質的吸附和阻隔作用,將水體中顆粒較大的雜質過濾掉。機械化過濾技術能夠有效的過濾水體中的固體顆粒物,但是對氮、磷等小分子的污染物過濾效果較差。通過在過濾系統中添加沸石,能夠起到一定的吸附作用,吸附水體中的氨。此外,在水體中,通過種植植物,利用植物根系的過濾作用和滲透作用能夠有效去除水體中的磷。對于機械化過濾設備,美國、日本、瑞典等西方發達國家的研究相對較為,研究出來的過濾設備具有很強的過濾功能,過濾后的水體能夠回流到養魚池,實現循環利用。
1.2 臭氧凈化技術
臭氧凈化技術是利用臭氧的氧化還原能力。臭氧進入水體之后,能夠破壞水體中的某些致病菌、有害微生物的細胞壁細胞膜,使得臭氧能夠迅速進入到細胞內壁,從而殺死致病源。臭氧在水體中和水結合之后,能夠形成羥基自由基,羥基自由基具有很強的氧化性,它能夠分解水體中一般氧化劑難以分解的有機物質。因此,在水體中通過融入一定量的臭氧,能夠起到迅速滅菌,消滅病毒,溶解水體氨等有毒有害物質的目的,同時,臭氧氧化之后,生成的產物主要為氧氣和水,不會產生二次代謝廢物,能夠顯著增加水體中的溶氧量,達到凈化養殖廢水,提高水體利用效率的作用。有研究文獻報道,在魚蝦養殖過程中臭氧凈化技術具有很好的凈化效果,滅菌率高達99%以上。通過將臭氧凈化技術和生物濾池凈化技術有效結合,能夠顯著提高凈化水體中溶解氧的含量,提高水資源的利用效率,大大提高單位面積內的水體養殖密度。
1.3 電化學凈化技術
電化學凈化技術是使用電化學的方法,將水體中溶解的亞硝酸鹽和氨氮去除。在水體凈化過程中,亞硝酸鹽去除的時間和能耗隨著傳導率的增加而顯著降低,當水體中的輸入電流為2A時,耗能最少,PH值相對于輸入電流和電導率來說幾乎沒有影響。在酸性條件下,通過應用電化學凈化技術,能夠有效消除水體中的亞硝酸鹽。在堿性條件下,能夠有效去除水體中的氨。
2、水產養殖廢水生物處理技術
2.1 生物濾池凈化法
在集約化水產養殖過程中,生物濾池主要有平流式、升流式和降流式。在整個凈化系統中,填料的選擇是實現污水凈化的重要載體。所選擇的填料主要有碎石、卵石、焦炭、煤渣塑料蜂窩和各種人工合成產品等。生物濾池一次性投入能夠循環利用,不需要更換濾料。在整個凈化系統設計過程中,最重要的就是填料的選擇。填料的結構和表面積要方便生物膜的生長和有機懸浮顆粒的聚集,有效的填料能夠顯著降低養殖廢水中固體物、SOD等污染物,去除率分別高達98%和80%以上。
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2.2 生物轉盤
生物轉盤是由一串固定在軸上的圓盤所組成,每個轉盤之間具有一定的間隔,整個轉盤的一半放入水中,另一半露出水面,水體中的微生物附著在轉盤表面之后,形成一層生物膜,當轉盤表面的微生物膜達到一定厚度之后,轉動轉盤,使得浸沒在水體中的轉盤片露出水面,轉盤上的水,因為自重而沿著生物膜向下流,空氣中的氧通過吸收、混合、擴散和滲透作用,隨著轉盤進入到水體,使得水中的溶氧量增加,同時還能夠去除水體的多種雜質、細菌等病原體。
2.3 生物轉筒
生物轉筒是在生物轉盤基礎上研發而成的一種新型凈化處理設施,該種設施誕生于上世紀70年代中期,在丹麥和德國等西方發達國家得到了很快的推廣和應用。典型的生物轉筒主要包含三種,一種是外殼結構為用聚乙烯塑料,內部裝有聚乙烯波紋管圓盤片,整個鉆頭是由16個小篆筒組成,轉筒直徑約為1.8m,每分鐘轉速在一點兩鉆,轉筒耗能為0.37KW。另一種轉筒的外殼是鋼制的,長1.57m,外殼開有六個孔,每個孔長1.5m,在孔內固定有呈現多邊形的硬聚乙烯波紋盤,外接圓盤直徑3m,盤的總面積為120m2。最后一種是在轉筒四周裝上小容器,當轉頭向上轉動時,向容器內充滿水體,向下轉動時,水被潑灑到塑料球上,空容器內充滿空氣進入水中,凈化水的體積為生物轉筒體積的15~25倍。
工程實踐應用時仍存在諸多問題,廢水的性質以及各項技術參數都會對處理效果產生很大影響。因此,介紹目前研究較熱的幾種電化學高級氧化技術的基本原理,綜述實驗研究和工程實踐中對處理效果產生重要影響的因素,將有助于提高電化學高級氧化技術處理實際廢水的效率,也為后續研發更高效的電化學高級氧化技術提供思路。