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            臭氧氧化丙烯酸及酯廢水如何處理
            更新時間:2015/4/17 18:07:17 發布者:防腐工程

            丙烯酸及酯廢水成分復雜,有機污染物含量高,其COD高達50~55 g/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法〔1〕 、濕式催化氧化法〔2〕和生化法〔3〕。焚燒法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60 mg/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〔4〕,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COD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1~2 mm,高3~5 mm)、H2SO4、NaOH,實驗用水為自制去離子水。

            儀器:BOD-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倍體積的丙烯酸及酯廢水浸泡24 h,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。實驗設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D 12 cm×30 cm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,柱內裝填15 cm高度的活性炭。實驗時取1.8 L廢水,先去除堿度(用濃硫酸調節pH至2,再用NaOH溶液回調pH為5),將廢水注入反應器后開啟臭氧(臭氧質量濃度為20 mg/L,臭氧化空氣流量3.5 L/min),同時在柱外用蠕動泵循環廢水(流量360 mL/min)以實現柱內氣-水逆流。反應2 h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,所以此情況下不再柱外循環廢水。

             

            圖 1 堿度和強化措施對COD去除效果的影響 

            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·產生,還能終止HO·與有機污染物的自由基鏈式反應〔5〕,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4 h,廢水COD才能降到57 mg/L。采取強化措施(裝填活性炭及廢水柱外循環)后,反應1、2 h時廢水的COD分別降到70、35 mg/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2 h。

            2.2 廢水柱外循環流量對COD去除效果的影響
            裝填15 cm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。

             

            圖 2 廢水柱外循環流量對COD去除效果的影響 

            從圖 2可見,隨著廢水柱外循環流量從0增加到360 mL/min,出水COD由140 mg/L降低到35 mg/L。繼續增加柱外循環流量至540 mL/min時,廢水COD無明顯降低?紤]運行成本及處理效果,柱外循環流量以360 mL/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≥90 mL/min能使物料很好地混合傳遞,加上活性炭的催化作用,使COD明顯降低。

            2.3 活性炭裝填高度對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15 cm,出水COD由142 mg/L降到35 mg/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混合的前提下,活性炭的催化作用能夠體現出來。繼續增加裝填高度到20 cm時,出水COD僅降到30 mg/L,降低趨勢偏緩?紤]到運行成本,活性炭裝填高度以15 cm為宜。

            2.4 臭氧質量濃度對COD去除效果的影響
            在裝填15 cm活性炭,去除堿度+柱外循環條件下,考察臭氧質量濃度為10、15、20、25 mg/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、28 mg/L?紤]運行成本及處理效果,臭氧質量濃度以20 mg/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。

             

            圖 3 廢水處理工藝的穩定性實驗

            從圖 3可見,反應1 h后廢水COD穩定在60~80 mg/L,反應2 h后廢水COD穩定在30~40 mg/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2 h能夠保證出水COD<60 mg/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pH至2,再用NaOH溶液回調至5)、活性炭裝填高度15 cm、臭氧化空氣流量和臭氧質量濃度分別為3.5 L/min和20 mg/L、廢水柱外循環流量為360 mL/min、氣-水逆流,在此條件下反應2 h后,廢水COD可由550 mg/L降至35 mg/L。

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