臭氧催化氧化深度處理焦化廢水的實驗研究

劉璞 王麗娜 張壘 劉尚超 付本全

（武漢鋼鐵（集團）公司研究院 湖北武漢 430080）

臭氧催化氧化深度處理焦化廢水的實驗研究

劉璞 王麗娜 張壘 劉尚超 付本全

（武漢鋼鐵（集團）公司研究院 湖北武漢 430080）

利用臭氧催化氧化工藝，對焦化廢水生化出水進行深度處理，考察了催化劑類型、用量、反應時間對COD去除率的影響。研究結果表明：pH值為7~8，臭氧流量10g/h，催化劑8g，反應時間約50min，臭氧催化氧化對COD去除率達到68.63%,出水指標滿足煉焦化學工業污染物排放標準（GB16171-2012）。

焦化廢水；臭氧催化氧化；深度處理

焦化廢水來源于煤干餾及煤氣冷卻和凈化過程，含有高濃度的酚、氰化物、硫氰化物和氨氮，同時還含有難以生物降解的油類、吡啶等雜環化合物和聯苯等多環芳香化合物，毒性大，處理難度大，一直是廢水處理領域的難點[1-3]。目前，國內焦化廢水采用傳統的生物處理后的出水COD、總氮、色度等指標難以達到排放標準（GB16171-2012），不得不考慮其它處理方法。

臭氧是一種強氧化劑，與有機物反應時速度快，使用方便，不產生二次污染。但單獨的臭氧氧化法氧化效率低、處理成本昂貴，且其氧化反應具有選擇性，在臭氧氧化過程中加入催化效果好、壽命長、重復利用率高的催化劑是解決這一問題的有效方法之一。為此，近年來發展了旨在提高臭氧氧化效率的臭氧催化氧化技術，臭氧催化氧化作為高效率的水處理手段，尤其適用于處理難降解有機物[4-9]。本文主要介紹臭氧催化氧化深度處理焦化廢水的實驗結果。

1 實驗部分

1.1 實驗用水水質

水樣取自某鋼鐵廠焦化公司生化外排水。該廢水經過O/A/O生化處理和混凝沉淀，水質參數見表1。

表1 實驗用水水質參數

1.2 分析方法

COD去除率的計算公式：

式中，Rt，COD表示t時刻的COD去除率；COD0表示初始水樣中的COD值，mg/L；CODt表示t時刻的COD值，mg/L；下標t表示時間，h色度采用稀釋倍數法測定；pH：PHS-3B精密pH計；NH3-N：氨氮分析儀(5B-6DH）；電導率：EC-215電導率分析儀；COD：UV-2450紫外分光光度計；BOD5：

1.3 實驗裝置及步驟

實驗采用自制反應器如圖1所示，臭氧發生器以空氣為氣源，臭氧發生器的臭氧產量10g/h，臭氧濃度10 g/m3～15g/m3，臭氧的輸出壓力為0.05Mpa，壓縮空氣流量1.5m3/h。采用連續投加方式將臭氧通入反應器．反應器底部采用曝氣頭均勻布氣，尾氣通過碘化鉀溶液吸收。實驗時裝置連續運行，采取間歇取樣方式，反應器內用水保持在2L左右，在反應過程中，每隔10min取樣，進行COD檢測。以COD去除率作為評價指標，考察靜態條件下催化劑類型、投加量、反應時間對臭氧催化氧化反應效果的影響。

圖1 臭氧催化氧化實驗裝置圖

2 結果與討論

2.1 催化劑類型對COD去除率的影響

實驗選用4種自制催化劑，分別為5%Ni(NO3)2、Cu(NO3)2、Fe (NO3)3、和6%三者硝酸鹽混合溶液浸泡后的鋁球。臭氧發生器各參數保持不變，室溫條件下，pH=7.5，取2L的廢水于反應器中，加入6g催化劑，通入臭氧后，分別于10、20、30、40、50min后取樣，測定臭氧催化氧化對廢水COD的去除效果。

從圖2中可看出，隨著催化氧化反應時間的增加，COD去除率增加。當臭氧催化氧化反應時間為50min時，以Cu(NO3)2、Ni(NO3)2、三者混合浸泡后的鋁球為催化劑的處理效果相當，廢水COD的去除率最高達到66%。其它催化劑廢水COD的去除率45%左右。由此可以推斷Cu系催化劑具有最好的催化效果，這與催化劑相關研究的結果相吻合。

圖2 不同催化劑對COD去除率的影響

2.2 催化劑用量對COD去除率的影響

臭氧發生器各參數保持不變。室溫條件下，pH=7.5，取2L的廢水于反應器中，分別加入6g、7g、8g催化劑，通入臭氧后，每隔10min取樣，測定臭氧對廢水COD的去除效果。

圖3 催化劑用量對COD去除率的影響

從圖3中可知，在反應時間為10min，催化劑用量為6g時，COD去除率僅為20.66%。催化劑用量為8g時，COD去除率為37.68%，

不同催化劑用量對臭氧催化氧化反應有很明顯的影響。隨著反應時間的增加，催化劑用量對臭氧催化氧化反應的影響逐漸減小，催化劑用量為6g時，COD去除率最高達到64.23%，催化劑用量為7g時，COD去除率最高達到65.14%，催化劑用量為8g時，COD去除率最高達到68.63%。隨著催化劑用量的增加，COD去除率同時升高，說明催化反應的活性點增多，吸附臭氧和反應物的量也相應增多。

2.3 反應時間對COD去除率的影響

臭氧發生器各參數保持不變，室溫條件下，pH=7.5，取2L的廢水于反應器中，加入8g催化劑，通入臭氧后，分別于10、20、30、 40、50、60、90min后取樣，測定臭氧催化氧化對廢水COD的去除效果。

由圖4可知，隨著催化氧化反應時間的增加，COD去除率增加，50min時COD去除率為67.2%。此后廢水COD去除率小幅增加，90min時COD去除率為73.78%。綜合考慮處理效果及處理成本等因素，確定該實驗最佳反應時間為50min，此時不但處理成本較低，也可以滿足排放標準要求。

圖4 反應時間對COD去除率的影響

3 結語

3.1 臭氧催化氧化工藝用于焦化廢水深度處理可行，采用自制的催化劑及其臭氧催化氧化反應器對焦化生化外排水進行深度處理，對COD有很好的去除效果。

3.2 通過單因素實驗確定：靜態條件下臭氧催化氧化處理焦化生化外排水時，最佳反應條件：pH值為7～8，臭氧流量10g/h，臭氧濃度10 g/m3～15g/m3，臭氧的輸出壓力為0.05Mpa，壓縮空氣流量1.5m3/h，催化劑8g，反應時間約50min，COD去除率達到68.63%，且出水水質滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171-2012）。

3.3 本次試驗是在單因素條件下進行分析的。但在實際處理中會有多種因素對實驗結果造成影響，因此要結合實際，考慮多因素條件下臭氧催化氧化處理印染廢水的效果。

[1]李玉平,王麗英,張家利等.焦化廢水強化處理關鍵技術研究與探討[J].給水排水,2013,39(8):59-63.

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劉璞（1982—），女，碩士，工程師，研究方向：廢水處理及資源化技術研究。

武漢市科學技術計劃項目：2014060202010128。