臭氧光催化技術(shù)在焦化廢水處理中的研究

鄔 凡 劉緣緣

(1.云南天朗環(huán)境科技有限公司；2.昆鋼生產(chǎn)制造中心)

1 前言

焦化廢水是一種污染組分復(fù)雜，毒性大，高濃度，難降解的有機(jī)廢水，必須對(duì)其進(jìn)行妥善處理，以減少對(duì)環(huán)境的危害和影響。臭氧作為一種高效的強(qiáng)氧化劑，應(yīng)用于化工、造紙和紡織業(yè)，臭氧在水中對(duì)細(xì)菌、病毒等有害病原體的滅活率高、作用速度快，可以在氧化、分解水中復(fù)雜污染物的同時(shí)展現(xiàn)出很好的脫色功能，而又不產(chǎn)生二次污染。研究表明，紫外線能夠強(qiáng)化臭氧次生氧化物的能級(jí)，利用臭氧與紫外線的協(xié)同效應(yīng)，可以更高效的降解廢水中的有機(jī)污染物。

本文通過(guò)臭氧氧化、臭氧光催化及混凝砂濾等方法，主要對(duì)安寧焦化廠焦化廢水二沉池出水的C0D指標(biāo)進(jìn)行處理分析，對(duì)臭氧光催化技術(shù)在焦化廢水處理中的效果進(jìn)行研究，了解其對(duì)C0D、色度等指標(biāo)的去除情況，為臭氧光催化技術(shù)的應(yīng)用積累一定的數(shù)據(jù)資料。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

臭氧機(jī)CF-0T50、塑料氣管、取樣桶、紫外燈、石英砂、1 000 mL塑料燒杯、PAC、PAM、錐形瓶、安寧焦化廠焦化廢水生化處理段二沉池出水水樣、10 000 mL燒杯、5 000 mL燒杯、1 000 mL燒杯、200 mL燒杯及相關(guān)輔助材料等。

2.2 檢測(cè)分析方法及試劑

檢測(cè)分析方法:《GB16171-2012》煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中引用文件《GB/T11914-1989》(水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法)。

試劑:硫酸銀(Ag2S04) 化學(xué)純、硫酸汞(HgS04) 化學(xué)純、硫酸(H2S04) ρ =1.84 g/mL、硫酸銀-硫酸試劑、重銘酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液、硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液、鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液、菲繞啉指示劑等。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1) 采取一定量的安寧焦化廠焦化廢水生化處理段二沉池出水作為本次實(shí)驗(yàn)原水樣備用。

(2) 將原水樣進(jìn)行混凝沉淀后經(jīng)過(guò)砂濾處理:在原水樣中依次加入預(yù)先調(diào)配好的PAC和PAM藥劑，進(jìn)行混凝、絮凝反應(yīng)，取上清液通過(guò)塑料燒杯制作的簡(jiǎn)易砂濾器過(guò)濾，滲濾液取中后段為宜。

(4) 臭氧氧化反應(yīng)出水，進(jìn)行混凝、絮凝反應(yīng)，取上清液通過(guò)砂濾處理，同步驟2。

(5) 在步驟1、2 后，將步驟2 滲濾液裝入10 000 mL燒杯，采取臭氧氧化+紫外燈催化，即臭氧光催化。

(6) 臭氧光催化反應(yīng)出水，進(jìn)行混凝、絮凝反應(yīng)，取上清液通過(guò)砂濾處理，同步驟2。

注:為減少實(shí)驗(yàn)誤差，增加本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每次過(guò)濾后需將石英砂進(jìn)行清洗、控水、水樣沖洗后再投入使用。

3 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

3.1 最佳反應(yīng)pH值、PAC和PAM的最佳參數(shù)的確定

取一定量的二沉池出水水樣(原水樣)，使用1 000 mL燒杯和預(yù)先調(diào)配好的PAC和PAM藥劑，進(jìn)行混凝、絮凝實(shí)驗(yàn)，通過(guò)藥劑使用量的改變，分別記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，初步選定出較合適的PAC、PAM藥劑的使用量，并作為下一步實(shí)驗(yàn)的藥劑使用參數(shù)。

結(jié)合廢水的實(shí)際生產(chǎn)處理情況，以及后續(xù)可能的生產(chǎn)工藝要求考慮，最高PH值設(shè)定為8.5。根據(jù)PH值測(cè)定，二沉池出水水樣的PH值為7.2～7.5，首先取二沉池出水水樣裝入4 只1 000 mL燒杯，每只燒杯均盛滿1 000 mL，然后將4 只燒杯內(nèi)水樣的PH值依次調(diào)節(jié)為7.5、7.8、8.2、8.5，使用上一實(shí)驗(yàn)步驟中確定的PAC、PAM藥劑使用參數(shù)作為基數(shù)，對(duì)以上4 個(gè)水樣進(jìn)行混凝、絮凝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，隨著PH值的升高，水樣沉降的效果越好。

因此將PH=8.5 及上述實(shí)驗(yàn)中確定的PAC、PAM藥劑使用量，作為原水樣的混凝、絮凝的最佳反應(yīng)PH值和藥劑使用量。

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以同樣的實(shí)驗(yàn)方法，確定出臭氧氧化、臭氧光催化出水的混凝、絮凝反應(yīng)的最佳PAC、PAM藥劑使用量。

3.2 臭氧反應(yīng)時(shí)間的確定

在本次實(shí)驗(yàn)中，臭氧氧化、臭氧光催化氧化作用時(shí)間的長(zhǎng)短與實(shí)驗(yàn)對(duì)象的C0D去除率成正相關(guān)，當(dāng)作用時(shí)間超過(guò)45 min 時(shí)，C0D去除效果開(kāi)始趨于穩(wěn)定，選取60 min 作為此次實(shí)驗(yàn)的臭氧反應(yīng)時(shí)間，其中分別代表臭氧氧化、臭氧光催化處理效果隨時(shí)間變化的兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

表1 臭氧氧化、臭氧光催化處理時(shí)間與效果

3.3 臭氧氧化處理焦化廢水

在最佳pH值、最佳PAC和PAM使用量的條件下，臭氧氧化處理之后的C0D、色度指標(biāo)隨時(shí)間變化情況如表2。

表2 臭氧氧化處理

3.4 臭氧光催化處理焦化廢水

在最佳pH值、最佳PAC和PAM使用量的條件下，臭氧光催化處理之后的C0D、色度指標(biāo)隨時(shí)間變化情況如表3。

表3 臭氧光催化處理

3.5 臭氧氧化、臭氧光催化處理效果

在本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)改變PAC、PAM的使用量，臭氧氧化及臭氧光催化氧化的作用時(shí)間等變量，進(jìn)行了多組不同條件下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)和重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，選取了其中分別代表臭氧氧化、臭氧光催化處理的兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表4) 及原水樣在處理前、后的色度對(duì)比圖片(見(jiàn)圖1)。

表4 臭氧氧化、臭氧光催化處理效果

圖1 原水樣在處理前、后的色度對(duì)比(原水樣色度400，處理后色度5)

3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:

(1) 對(duì)原水樣(二沉池出水) 進(jìn)行1 次混凝，達(dá)到30 %以上的C0D去除率。

(2) 臭氧氧化，在本次實(shí)驗(yàn)中對(duì)C0D去除率在17 %左右。

(3) 臭氧光催化，在本次實(shí)驗(yàn)中對(duì)C0D去除率在20 %以上，效果明顯。

(4) 原水樣在經(jīng)過(guò)臭氧氧化和臭氧光催化處理之后，再次進(jìn)行混凝砂濾，對(duì)C0D去除率均有所提高，且去除率與混凝前水樣的C0D含量和混凝劑的使用情況有關(guān)，但是此環(huán)節(jié)的C0D去除率變化范圍不大。

(5) 臭氧氧化和臭氧光催化對(duì)原水樣C0D均具有一定的去除能力，通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表明，臭氧光催化對(duì)原水樣C0D去除率高于單一的臭氧氧化。

(6) 經(jīng)過(guò)臭氧氧化、臭氧光催化后，原水樣的色度明顯降低，水樣直觀較為清亮，臭氧起到了很好的脫色作用，兩種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)色度的去除效果差異不大。

4 結(jié)論

(1) 在本次實(shí)驗(yàn)中，臭氧氧化對(duì)該原水樣C0D的去除率不大于20 %，臭氧光催化作用對(duì)該原水樣C0D的去除率小于25 %，臭氧光催化處理效果優(yōu)于單一的臭氧氧化處理效果。

(2) 臭氧氧化對(duì)該原水樣的處理時(shí)間大約30 min 時(shí)，對(duì)C0D去除率達(dá)到較高水平，去除率隨氧化處理時(shí)間的增加會(huì)有所提高，氧化處理時(shí)間超過(guò)45 min 后C0D去除效果則無(wú)明顯提高，氧化反應(yīng)處理時(shí)間主要與原水樣C0D含量及臭氧曝氣濃度有關(guān)。

(3) 臭氧氧化和臭氧光催化均對(duì)該原水樣的脫色效果較好，且過(guò)程中無(wú)污泥產(chǎn)生。

5 本次實(shí)驗(yàn)的思考

(1) 臭氧氧化和臭氧光催化可能只對(duì)部分類型的有機(jī)物產(chǎn)生作用，對(duì)于不同水質(zhì)的C0D可能呈現(xiàn)出不同的去除效果。

(2) 本次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)對(duì)象的臭氧處理時(shí)間均未超過(guò)2 h，不排除更長(zhǎng)的臭氧處理時(shí)間會(huì)對(duì)C0D有更高的去除效果。

(3) 本次實(shí)驗(yàn)主要是初步驗(yàn)證了臭氧氧化和臭氧光催化在特定條件下，對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的C0D、色度等指標(biāo)的去除效果，未能在實(shí)驗(yàn)中確定出C0D去除量與臭氧消耗量的實(shí)際對(duì)應(yīng)關(guān)系，有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。