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港口和水运行业的迅猛发展极大地促进了化学品的运输,而装运化学品的集装箱在清洗过程中将产生高浓度化学品废水。由于化学品种类繁多,其废水成分极其复杂,且多为有毒、有害或致癌物质,如不进行有效处理,将严重威胁港口生态环境和人类健康。目前港口废水的处理多采用隔油、混凝、电化学、氧化、吸附、气浮及生化等传统处理工艺,而由于化学品集装箱清洗废水为间歇操作,且产生的废水也因货种的不同变化较大,传统组合工艺很难达到处理要求,因此迫切需要开发一种高效且普遍适用的洗箱废水处理技术。
微波诱导催化氧化作为一种新型的高级氧化技术具有无选择性、降解速度快、降解程度高等诸多优势,其对染料废水、苯酚废水、焦化废水和农药废水等的处理效果已得到广泛认可和证实。将微波诱导催化氧化技术用于港口化学品洗箱废水处理中,以此技术为核心开发普遍适用的化学品洗箱废水的处理和回用装置,无疑为港口化学品洗箱废水的资源化处理开辟了新的途径。
为此本研究以实际化学品洗箱废水为研究对象,研究了微波-活性炭催化氧化技术对洗箱废水的处理效果,重点考察了不同运行条件下的微波-活性炭催化氧化能力,探究了活性炭在催化氧化体系中的作用,分析了处理前后活性炭理化特性的变化和作为“敏化剂”的使用活性,以期为后续处理装置的设计开发提供重要信息和依据。
1、试验部分
1.1试验仪器及材料
试验仪器:哈希DR2800分光光度计,美国哈希公司;DRB200消解仪,美国哈希公司;LiquiTOC总有机碳分析仪,德国元素分析系统公司;微波反应装置,中国南京汇研微波系统工程有限公司;BT100-2J恒流泵,中国保定兰格;Mill-QElement超纯水系统,德国密理博公司;TD5002A电子天平,天津市天马仪器厂;AT460分析天平,瑞士梅特勒公司。
水样:废水水样取自天津某化学品集装箱清洗公司,其COD为1516~4935mg/L,TOC为190~225mg/L。
活性炭:试验所用活性炭为上海活性炭厂的原煤破碎炭,粒径为0.83~2.8mm,比表面积为902.9m2/g,孔容积为0.44cm3/g,平均孔径为0.98nm。使用前用超纯水洗净,于120℃下烘干。
1.2试验装置
试验装置如图1所示。
图1微波诱导催化氧化试验装置
本系统由微波发生器、环形器、水负载、双定向耦合器、三螺钉调配器和反应腔体组成,微波发生器与反应腔体之间由相关波导和电缆连接,其微波入射电流和反射电流显示在微波发生器控制面板上。微波能从微波发生器的激励腔输出后经环形器进入双定向耦合器,再经过三螺钉调配器进入馈能波导,然后辐射进入反应腔体(30cm×30cm×40cm)。待处理水样从反应柱(ID=3cm,H=50cm)上端进入,采用气液同向进气方式;出水经过冷凝后由水样收集罐接收,尾气经活性炭柱吸附后排空。
2、结果与讨论
2.1活性炭吸附对化学品洗箱废水的处理效果
活性炭作为一种高效吸附剂被广泛应用于废水处理中。试验首先考察了单独活性炭吸附对化学品洗箱废水的处理效果,其中吸附柱直径为3cm,填装高度为30cm,活性炭填装量为100g,进水流量为3.2mL/min,试验结果如图2所示。
图2活性炭吸附对化学品洗箱废水的处理效果
由图2可知,当进水COD和TOC分别为1516mg/L和203mg/L时,经活性炭柱处理2h后出水COD为86.5mg/L、TOC为23.7mg/L,4h后出水COD达到255mg/L、TOC为61.2mg/L,随着处理时间的延长,炭柱出水污染物浓度呈显著上升趋势。由此分析可知,活性炭对该化学品洗箱废水有一定的吸附能力,但由于污染物浓度较高,活性炭很容易达到吸附饱和,其出水无法满足排放标准及回用要求;另外从处理成本上看也是非常不经济的。
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