深度處理技術
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活性炭強化臭氧氧化丙烯酸及酯廢水的研究

——控制實驗條件該類廢水的COD去除率達93.6%以上

    丙烯酸及酯廢水成分復雜,有機污染物含量高,其COD高達5055g/L,呈強酸性且不易生物降解,如不加以處理隨意排放將對環境造成很大危害。目前常用的處理方法有焚燒發、濕式催化氧化法和生化法。焚燒發及濕式催化氧化法能耗高,對設備材質要求嚴格,相比之下,生化法因操作條件溫和、運行成本低廉逐漸受到人們的重視。經生化處理后,廢水COD仍遠大于60mg/L的排放標準,因此要求研究者開發各種深度處理技術。筆者曾做過一些研究工作,發現臭氧氧化工藝對該類廢水的處理較為有效,但仍然存在CDo去除不充分以及反應時間過長的問題,故繼續探索如何強化臭氧氧化工藝,以期為丙烯酸及酯廢水的深度處理提供有益參考。

1  實驗部分

       1.1  試劑與儀器

    廢水來源:某企業丙烯酸及酯廢水經生化處理后的出水,水質情況見表1.

試劑:柱狀活性炭(直徑12mm,高35mm)、H2SO4、NaOH,實驗用水為自制去離子水。

儀器:BDO-Track測定儀、DRB200消解器、DR2800分光光度計,美國哈希公司;NP020P-S-2臭氧發生器,山東綠邦光電設備有限公司;臭氧氧化反應器,自制。

 1.2  實驗方法

1)柱狀活性炭預處理。柱狀活性炭使用前先用去離子水清洗干凈,烘干,用10陪體積的丙烯酸及酯廢水浸泡24h,最后棄去廢水,柱狀活性炭備用。該過程是為了盡可能消除臭氧氧化時柱狀活性炭的單一吸附行為對去除廢水COD的影響。

2)操作過程。實驗制備由空氣源臭氧發生器和臭氧氧化反應器兩部分組成。臭氧氧化反應器是尺寸為D12cm×30cm的有機玻璃柱,兩端由封頭密封,底端封頭上安裝有鈦合金曝氣頭和排液口,柱內填裝15cm高度的活性炭。實驗時取1.8L廢水,先去除堿度(用濃硫酸調節pH2,再用NaOH溶液回調pH5),將廢水注入反應器后開啟臭氧(臭氧質量濃度為20mg/L,臭氧化空氣流量3.5L/min),同時在柱外用蠕動泵循環廢水(流量360mL/min)以實現柱內氣水逆流。反應2h后從排液口取樣測定COD。

2  結果與討論

2.1  堿度及強化措施對COD去除效果的影響

考察了堿度、強化措施(裝填填料、廢水柱外循環)對COD去除效果的影響,結果見圖1.由于無填料時氣水能充分混合,所以在此情況下不再柱外循環廢水。

從圖1可以看出,無填料時去除堿度對進一步降低廢水COD有利,這與文獻[4]報道一致。原因是堿度作為HO·的捕獲劑可抑制HO·的產生,還能終止HO·與有機污染物的自由基鏈式反應,因此去除堿度是必要的。但在無填料+去除堿度條件下仍要反應4h,廢水COD才能降到57mg/L。采取強化措施(裝填活性炭及廢水柱外循環)后,反應1、2h時廢水的COD分別降到70、35mg/L?梢,強化措施對廢水COD的較快去除有利,能使反應時間至少縮短2h。

2.2  廢水柱外循環流量對COD去除效果的影響

裝填15cm活性炭,去除廢水堿度,開啟臭氧并柱外循環,考察廢水柱外循環流量對COD去除效果的影響,結果見圖2.

從圖2可見,隨著廢水柱外循環流量從0增加到360ml/min,出水COD140mg/L降低到35mg/L。繼續增加柱外循環量至540ml/min時,廢水COD無明顯降低?紤]運行成本及處理效果,柱外循環量以360ml/min為宜。

對比圖1、圖2可見,投加活性炭而沒有廢水柱外循環時,不能明顯降低廢水COD,同時實驗出現氣泡溝流現象,氣體分布很不均勻?赡苁腔钚蕴康拇呋饔门c物料混合不充分的作用相抵,導致廢水COD不能明顯降低。當投加活性炭又有廢水柱外循環后,廢水循環流量90mL/min能使物料很好的混合傳遞,加上活性炭的催化作用,使COD明顯降低。

2.3  活性炭填裝高度對COD去除效果的影響

在去除堿度+柱外循環條件下,隨著活性炭裝填高度從0增加到15cm,出水COD142mg/L降到35mg/L,呈現明顯降低的趨勢,可見在廢水柱外循環以保證物料很好的混合的前提下,活性炭的催化作用能夠體現出來。繼續增加填裝高度到20cm時,出水COD僅降到30mg/L,降低趨勢偏緩?紤]到運行成本,活性炭裝填高度以15cm為宜。

2.4  臭氧質量濃度對COD去除效果的影響

在裝填15cm活性炭+柱外循環條件下,考察臭氧質量濃度為10、15、20、25mg/L時廢水COD的去除情況。實驗發現,COD殘余量隨臭氧質量濃度的升高逐漸降低,分別為74、56、35、28mg/L?紤]運行成本及處理效果,臭氧質量濃度以20mg/L為宜。

2.5  穩定性實驗

為了驗證廢水處理工藝的穩定性并考察操作誤差對實驗結果的影響,在1.2 實驗條件下,重復實驗10次,結果見圖3。

從圖3可見,反應1h后廢水COD穩定在6080mg/L,反應2h后廢水COD穩定在3040mg/L。由此可見,對于生化處理后的丙烯酸及酯廢水,該深度處理工藝反應2h后能夠保證出水COD<60mg/L。

3  結論 
         對于生化處理后的丙烯酸及酯廢水,可以采用活性炭強化臭氧氧化工藝進行處理。實驗條件為:廢水去除堿度(濃硫酸調節pH2,再用NaOH溶液回調至5)、活性炭填裝高度15cm、臭氧化空氣流量和臭氧質量濃度分別為3.5L/min20mg/L、廢水柱外循環流量為360mL/min、氣水逆流,在此條件下反應2h后,廢水COD可由550mg/L降至35mg/L。

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