臭氧催化氧化深度处理焦化废水的试验研究

1．3分析方法及仪器

CODcr的测定采用哈希COD快速测定仪(型号DRB200、DR890);pH采用WTW便携式水质测定仪(型号Multi3410);臭氧浓度检测仪表为德国KROHNEOPTISYSCL1100;色度采用稀释倍数法;比表面积和孔隙率采用美国Miromeritics公司ASAP2020M全自动比表面积及孔隙率分析仪。

2结果与讨论

2．1臭氧投加量和反应时间的影响

采用臭氧催化氧化反应器进行不同臭氧投加量和不同反应时间的中试试验,分别研究臭氧投加量(45、80、140、220、280、320mg/(L•h))对焦化废水CODcr去除率的影响。每个投加量重复5次试验,取样本的平均值,试验结果如图2所示。

由图2可以看出,随着臭氧投加量的增加,可以有效地提高CODcr去除率,当反应时间为2h时,臭氧投加量分别为45、80、140、220、280、320mg/(L•h)时,CODcr的去除率分别为59．9%、68．2%、68．1%、75．7%、73．5%、76．8%。对于同一种废水,臭氧投加浓度提高1倍,其达到相同CODcr浓度的时间缩短1h左右,且延长各自反应时间甚至到4h,最终出水CODcr均为60mg/L以下,后5种投加浓度的最终出水CODcr均为40mg/L以下。

可以认为,继续延长反应时间,对有机污染物的降解去除有限。当臭氧投加量为45mg/(L•h)时,水中臭氧含量较低,无法满足污染物降解需求,因而CODcr去除率较低。当水中臭氧含量较大时,水中充足的臭氧以及产生的大量羟基自由基•OH能快速与有机物反应,因而CODcr去除率高。

在投加较高浓度的臭氧时,虽然在反应初始阶段会有较高浓度的羟基自由基•OH生成,但是由于自由基十分活泼,大量共存于水中时,过多集中产生的高浓度羟基自由基•OH除与有机物反应外,没来得及反应的自由基之间也可以相互作用而淬灭,大量生成的羟基自由基•OH迅速被消耗掉[12]。

因此,确定最佳臭氧投加量需要找到其经济有效的平衡点,需考虑去除单位CODcr消耗的臭氧含量,见表2。

由表2可知,CODcr去除量随臭氧投加量的增加而增加,而去除单位CODcr消耗的臭氧含量也随之增加,这说明随着臭氧投加量的增加,臭氧利用效率降低。因而应保持臭氧投加量在一个经济有效的范围内,最大限度地保证废水中连续稳定地产生浓度较高的羟基自由基•OH,并迅速充分地与水中的有机物反应,避免高浓度臭氧在水中分解。

因此在满足出水标准要求的基础上,选择经济的臭氧投加量,有利于降低运行成本。在本研究中选择80mg/(L•h)。

在臭氧投加量为80mg/(L•h)时,考察反应时间对CODcr去除率的影响,如图3所示。随着臭氧催化氧化反应的进行,CODcr去除率不断提高,当反应3h时,CODcr去除率基本趋于稳定,这是由于废水中原有或经臭氧催化氧化后生成的某些难于被氧化分解的有机物存在。由于正常来水的CODcr在140~200mg/L,而反应时间1．5h时,去除率超过了60%,即能满足排放标准(≤80mg/L),故反应时间选择1．5h。

2．2初始pH值的影响

为考察初始pH值对臭氧催化氧化工艺的影响,试验中人为改变进水的pH值为2、3、5、9、11,与正常进水的pH值(7~8)进行对比,如图4所示。

由图4可知,当进水在酸性条件下,CODcr的去除率较低,这是因为在酸性环境下不利于•OH的存在,导致•OH自由基反应的减少,也就是说在酸性环境中起主要氧化作用的物质是臭氧分子。随着pH值升高,CODcr的去除率不断上升,当pH值升至9时,CODcr的去除率达到最高69．2%,这是因为水中OH-离子浓度的增加有利于臭氧分解产生羟基自由基•OH,引发链式反应,加速了羟基自由基•OH的大量产生,由于•OH自由基的氧化性极强(氧化还原电位2．8V),且氧化反应没有选择性,能快速与大部分有机物进行反应,从而使去除率增加。

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