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图 5 臭氧利用率的变化
实验结果表明,分别以AC、N-AC、Na-AC和N-Cu-AC作为催化剂时,平均臭氧利用率分别为84.9%、95.8%、99.3%和97.5%。与AC相比,以NAC、Na-AC和N-Cu-AC作为催化剂时,液相臭氧分解和反应速率更快,更有利于臭氧气液传质,进而减少臭氧散逸量,使臭氧利用率明显提高。
6臭氧氧化反应效率
通过考察累积COD去除量与臭氧消耗量的比值(R,mg/mg)随时间的变化关系,进一步比较不同催化剂存在时的微气泡臭氧氧化反应效率,结果如图 6所示。
图 6 COD去除量与臭氧消耗量的比值随时间的变化
由图 6可以看到,在催化剂AC、N-AC、Na-AC和N-Cu-AC存在条件下,R值均大体呈现逐渐下降并趋于稳定的趋势,采用N-Cu-AC作为催化剂时,这一趋势尤为显著。反应初期,COD浓度较高,臭氧及其分解产生的羟基自由基能够充分氧化去除COD,因此氧化反应效率较高。随着COD浓度降低,反应过程中投加的臭氧及其分解产生的羟基自由基逐渐过量,特别是羟基自由基除氧化去除COD外,也在自由基链式反应中不断消耗,因此R值逐渐降低。
分别以AC、N-AC、Na-AC和N-Cu-AC作为催化剂时,R值平均分别为0.324、0.444、0.365和0.554。可见,N-Cu-AC具有更高的催化活性和更强的羟基自由基产生能力,其催化臭氧氧化反应效率分别是AC、N-AC和Na-AC的1.7倍、1.2倍和1.5倍。
3
结论
(1)采用微气泡臭氧催化氧化深度处理化工园区废水,可将出水COD降至20 mg/L以下,实现废水稳定达标排放;废水发光抑制率可由82.5%~ 88.4%下降至-1.2%~-7.3%,消除了废水的生态毒性;同时废水B/C由0.04~0.06上升至0.29~0.37,显著改善了废水的可生化性。
(2)硝酸改性并负载活性金属组分活性炭(NCu-AC)具有更强的微气泡臭氧催化氧化活性,实验条件下,COD去除率和去除负荷分别可达到70.8%和0.478 kg/(m3 ˙ d),臭氧利用率可达到97.5%,累积COD去除量与臭氧消耗量的比为0.554,催化臭氧氧化反应效率分别是AC、N-AC和Na-AC的1.7倍、1.2倍和1.5倍。
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