WAO法處理中進(jìn)水濃度對廢水濁度去除的影響

吳少燕, 李 紅, 林麗文, 張永利

（1. 潮州市饒平縣環(huán)境監(jiān)測站，廣東 潮州 521000; 2. 韓山師范學(xué)院化學(xué)系, 廣東 潮州 521041； 3. 華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東 廣州510006）

工業(yè)水處理

WAO法處理中進(jìn)水濃度對廢水濁度去除的影響

吳少燕1, 李 紅2, 林麗文2, 張永利3

（1. 潮州市饒平縣環(huán)境監(jiān)測站，廣東 潮州 521000; 2. 韓山師范學(xué)院化學(xué)系, 廣東 潮州 521041； 3. 華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東 廣州510006）

采用濕式空氣氧化法，對高濃度難生化有機(jī)廢水進(jìn)行處理。試驗研究在濕式空氣氧化法處理有機(jī)廢水中不同進(jìn)水濃度對濁度去除率的影響，通過測定水樣濁度、濁度去除率的變化，發(fā)現(xiàn)，WAO法對不同進(jìn)水濃度廢水的處理效果都是隨著反應(yīng)時間增加而增加，而進(jìn)水濃度越小，WAO法處理有機(jī)廢水的效果越好。結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水濃度COD=1000 mg/L、反應(yīng)時間為60 min時，廢水濁度去除率可高達(dá)86.3 %。當(dāng)進(jìn)水濃度太大，大于4 000 mg/L時，反應(yīng)時間也要相應(yīng)增加，但濁度去除率不高，處理效果也不明顯。

WAO；有機(jī)廢水；濁度去除率；進(jìn)水濃度；COD；反應(yīng)時間

近年來，隨著造紙工業(yè)的迅速發(fā)展，與之相應(yīng)的污染問題也日益嚴(yán)重。紙漿造紙行業(yè)成了水污染的大戶，其中采用草漿造紙的中小型企業(yè)占了總數(shù)的95%，據(jù)統(tǒng)計，我國縣級以上造紙及紙制品工業(yè)廢水排放量占全國工業(yè)總排放量的18.6%%，排放廢水中COD約占全國工業(yè)COD總排放量的44.0%。造紙過程中產(chǎn)生的黑液含有大量的木質(zhì)素、懸浮性固體、有機(jī)污染物和有毒物質(zhì)，直接排放到水體中會造成水體變黑，并有特殊的惡臭味，高濃度有機(jī)污染物會大量消耗水中的溶解氧，影響水質(zhì)，存在大量的堿性物質(zhì)會使水體的pH值急劇升高，破壞水體環(huán)境的平衡。由于中小型企業(yè)資金不足，難以引進(jìn)投資大的堿回收工藝，大量黑液未經(jīng)或稍經(jīng)處理便排入水體，造成嚴(yán)重的水污染。因此解決印染廢水污染已勢在必行。

印染廢水是現(xiàn)階段的一種難處理高濃度工業(yè)廢水，目前對印染廢水的處理和綜合利用方法已有許多研究, 但至今尚無可以大范圍推廣應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)實用處理技術(shù)及裝置，針對其廢水量大、色度及堿度高、污染物濃度高且成分復(fù)雜( 其中的有機(jī)氯化物還有致癌作用)的特點(diǎn)，采用當(dāng)前的生物法凈化技術(shù)一般難以將其快速處理達(dá)標(biāo)。因此，本研究采用濕式氧化法（wet air oxidation，WAO）對其進(jìn)行處理。WAO技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的在高溫（125～320℃）高壓(0.5～20 MPa)條件下處理高濃度、有毒有害且難生物降解污染物的一種高級氧化技術(shù)，具有設(shè)備簡單、效率高、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。WAO技術(shù)用于高濃度難生化有機(jī)廢水處理已經(jīng)在日本、美國及歐共體國家有了一定量的研究工作，并且已經(jīng)出現(xiàn)了工業(yè)化規(guī)模的應(yīng)用。研究中對不同進(jìn)水濃度的印染廢水經(jīng)過WAO技術(shù)處理后的濁度和濁度去除率進(jìn)行比較，得到了一定的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)論。

1 實驗部分

1.1 實驗水樣

實驗用的印染廢水取自廣東省潮州市某造紙廠，原水樣的COD=7 028 mg/L，濁度為1 356.8 NTU，原水色度為50萬倍。

1.2 實驗裝置和實驗操作

本實驗使用的主要裝置是帶有攪拌和控溫裝置的0.5LGS型高壓反應(yīng)釜（材質(zhì)316L，Cr18Ni12Mo2-3），在實驗操作中將250mL的印染廢水注入反應(yīng)釜，密封后開始加熱，加熱到設(shè)定溫度時通入氧氣達(dá)到設(shè)定壓力，此時作為零點(diǎn)。同時開啟攪拌裝置。在不同反應(yīng)時間間隔由取樣管取出水樣，分析水樣的濁度。在取樣期間，開啟供氧閥以維持反應(yīng)系統(tǒng)的總壓恒定。

1.3 實驗儀器與測定方法

本實驗使用的儀器主要是QZ201散色式濁度儀，其裝置內(nèi)帶微處理器、雙光束濁度測量儀器、光電轉(zhuǎn)換器、雙A/D轉(zhuǎn)換器，其精度高可靠性強(qiáng)，符合ISO7027國際標(biāo)準(zhǔn)。在儀器校正和調(diào)零后，取充分搖勻的水樣沖洗試樣瓶3次，擦拭干凈再將水樣倒入試樣瓶內(nèi)至刻度線，然后擦凈瓶體的水跡和指印后放置于試樣座內(nèi)，旋轉(zhuǎn)試樣瓶的位置，使試樣瓶的記號線對準(zhǔn)試樣座上的定位線，然后蓋上遮光蓋，待儀器顯示穩(wěn)定后，直接在濁度儀上讀數(shù)，記錄數(shù)據(jù)。

1.4 實驗方案

影響WAO的處理效果因素有很多，其中影響WAO處理效果是黑液中的不同進(jìn)水濃度，本實驗主要考察同一個進(jìn)水濃度在不同反應(yīng)時間的濁度去除率。將250 mL的廢水裝入反應(yīng)釜，密封加熱到180℃，然后充氧氣使反應(yīng)釜?dú)鈮哼_(dá)到3.0 MPa,待到反應(yīng)釜達(dá)到零點(diǎn)時，每隔10,20,40,60,90 min由取樣管取出30 mL的水樣置于錐形瓶中，靜置一段時間，待水樣冷卻，取20 mL的水樣至試管中，然后充分搖勻，取一定量水樣到試樣瓶，放置QZ201散色式濁度儀進(jìn)行濁度測定，直接在濁度儀讀數(shù)記錄數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)水濃度COD=1 000 mg/L

水樣的進(jìn)水濃度不同影響WAO的處理效果，當(dāng)水樣的COD的進(jìn)水濃度為1 000 mg/L時，其對濁度以及濁度去除率的處理效果的影響如圖1所示。

圖1 COD=1 000 mg/L對濁度及濁度去除率的影響Fig. 1 Turbidity and turbidity removal rate of wastewater ( COD= 1 000 mg/L)

由圖1可以看出，當(dāng)水樣的進(jìn)水濃度COD=1 000 mg/L經(jīng)過WAO處理時，隨著反應(yīng)時間的增加，印染廢水的處理效果越來越好。當(dāng)反應(yīng)時間從10 min升到60 min時，水樣的濁度去除率曲線呈上升趨勢，水樣的濁度曲線呈下降趨勢；當(dāng)反應(yīng)時間等于60 min時，印染廢水的濁度去除率、濁度分別達(dá)到了86.3 %和26.5；當(dāng)反應(yīng)時間大于60 min時，濁度去除率開始呈平緩下降趨勢。故當(dāng)進(jìn)水濃度等于1 000 mg/L時，反應(yīng)的最佳時間是60 min。

2.2 進(jìn)水濃度COD=2 500 mg/L

當(dāng)水樣的COD的進(jìn)水濃度為2 500 mg/L時，其對濁度以及濁度去除率的處理效果的影響如圖2所示。

圖2 COD=2 500 mg/L對濁度及濁度去除率的影響Fig. 2 Turbidity and turbidity removal rate of wastewater ( COD= 2500 mg/L)

由圖2可以看出，當(dāng)水樣的進(jìn)水濃度COD=2 500 mg/L經(jīng)過WAO處理時，隨著反應(yīng)時間的增加，濁度去除率曲線趨于上升趨勢，印染廢水的處理效果也越來越好。當(dāng)反應(yīng)時間為60 min時，印染廢水的濁度去除率、濁度可達(dá)到82.7%和84.1；當(dāng)反應(yīng)時間大于60 min時，濁度去除率呈平緩上升趨勢，增加并不明顯，考慮到縮短反應(yīng)時間，簡化操作步驟，故認(rèn)為當(dāng)反應(yīng)時間為60 min時，對濁度去除率和濁度的影響最佳。

2.3 進(jìn)水濃度COD=4 000 mg/L

當(dāng)水樣的COD的進(jìn)水濃度為4 000 mg/L時，其對濁度以及濁度去除率的處理效果的影響如圖3所示。

圖3 COD=4 000 mg/L對濁度及濁度去除率的影響Fig. 3 Turbidity and turbidity removal rate of wastewater ( COD= 4000 mg/L)

由圖3可以看出，當(dāng)水樣的COD的進(jìn)水濃度=4 000 mg/L時，隨著反應(yīng)釜的反應(yīng)時間的增加，WAO對印染廢水的處理效果越來越好，當(dāng)反應(yīng)時間從0增加到20 min時，濁度急劇下降，濁度去除率急劇上升，當(dāng)反應(yīng)時間大于20 min時，濁度曲線基本呈線性下降趨勢，濁度去除率曲線也基本呈線性上升趨勢，但升高、下降變化不大。故認(rèn)為處理效果隨著反應(yīng)時間的增加而提高，反應(yīng)時間在90 min時，印染廢水的濁度去除率可達(dá)到65.2 %。

2.4 進(jìn)水濃度COD=5 500 mg/L

當(dāng)水樣的COD的進(jìn)水濃度為5 500 mg/L時，其對濁度以及濁度去除率的處理效果的影響如圖4所示。

圖4 COD=5 500mg/L對濁度及濁度去除率的影響Fig. 4 Turbidity and turbidity removal rate of wastewater ( COD= 5500 mg/L)

由上圖4可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水樣的COD進(jìn)水濃度為5 500 mg/L時，隨著反應(yīng)時間的增加，WAO對印染廢水的處理效果也是越來越好，反應(yīng)時間從0上升到20 min過程中，兩條曲線都是趨于平緩的趨勢，當(dāng)反應(yīng)時間大于20 min時，曲線才有明顯的變化。故反應(yīng)時間越長，處理效果才會越好，但濁度去除率增加并不明顯，當(dāng)反應(yīng)時間為90 min時，濁度去除率僅為38.3%。

2.5 進(jìn)水濃度COD=7 000 mg/L

當(dāng)水樣的COD的進(jìn)水濃度為7 000 mg/L時，其對濁度以及濁度去除率的處理效果的影響如圖5 所示。

圖5 COD=7 000 mg/L對濁度及濁度去除率的影響Fig.5 Turbidity and turbidity removal rate of wastewater ( COD= 7000 mg/L)

由上圖表可以發(fā)現(xiàn)，隨著時間的增加，WAO對印染廢水的處理效果呈現(xiàn)越來越好，但總體處理效果不太理想，濁度去除率也不高，在反應(yīng)時間為90 min時，濁度去除率才達(dá)到27.1 %，廢水仍處于明顯渾濁狀態(tài)。用濁度儀測定此水樣有一定的難度，需要稀釋一定的倍數(shù)才能測定。由于水樣的COD的濃度太高接近原水樣的COD，且印染廢水中有大量的木質(zhì)素和懸浮性固體，是一種呈黑褐色渾濁液體。故用WAO技術(shù)處理此水樣沒以上幾個進(jìn)水濃度不同的水樣效果好。

3 結(jié) 論

（1）濕式空氣氧化法處理印染廢水具有一定的效果，從圖表可以看出，隨著反應(yīng)時間的增加，印染廢水的處理效果也會越來越好。

（2）比較以上幾個圖表，可以發(fā)現(xiàn)，水樣COD的進(jìn)水濃度不同其處理效果會有明顯的差別，當(dāng)COD的濃度越低，WAO法的處理效果越好，反之越差，當(dāng)COD=1 000 mg/L時，反應(yīng)時間等于60 min時，最佳濁度去除率可達(dá)86.3 %；當(dāng)COD=7 000 mg/L，接近原水樣的印染廢水的COD濃度時，取最長反應(yīng)時間90 min，其最高濁度去除率僅為27.2 %。

（3）當(dāng)水樣的COD的進(jìn)水濃度在1 000～4 000 mg/L時，濕式空氣氧化法處理印染廢水具有很好的效果，且在反應(yīng)時間為60 min和反應(yīng)時間為90 min的濁度去除率相差不大，可選擇最佳反應(yīng)時間為60 min。當(dāng)水樣的COD的進(jìn)水濃度大于5 500 mg/L時，濕式空氣氧化法處理印染廢水效果不明顯，且需要反應(yīng)時間長，處理后的廢水仍然渾濁，故此類企業(yè)可選擇其他處理法處理廢水。

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Influence of Wastewater Concentration on Turbidity Removal With WAO Method

WU Shao-yan1,LI Hong2,LIN Li-wen2,ZHANG Yong-li3
(1. Chaozhou Raoping County Environmental Monitoring Station，Chaozhou 521000, China; 2. Department of Chemistry，Hanshan Normal University，Chaozhou 521041, China; 3. College of Environmental Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China)

Refractory organic wastewater with high concentration was treated by the WAO Technology. Influence of wastewater concentration on the turbidity removal rate with the WAO Technology was studied. The results show that the longer the reaction time, the better the treatment effect of WAO Technology for different concentration waste water. And the lower the wastewater concentration, the better the treatment effect of WAO technology for treating organic waste water. When the COD concentration is 1000 mg/L, and the reaction time is 60 min, turbidity removal rate can reach 86.3%. And when COD concentration is more than 4 000 mg/L, the reaction time will increase, and the turbidity removal rate is not high, and the treatment effect is not obvious.

Catalytic wet air oxidation (WAO); Organic wastewater; Turbidity removal rate; Water concentration; COD; Reaction time

X 703

A

1671-0460（2011）12-1271-04

2009年廣東省自然科學(xué)基金項目(9452104101003815); 2010年廣東省自然科學(xué)基金項目(10152104101000010).

2011-06-10

吳少燕（1972-），女，廣東人，助理工程師，研究方向：污水處理和水資源保護(hù)。E-mail：luo3576@yahoo.com.cn，電話：0768-7500577。