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(xiàn)能夠強(qiáng)化臭氧次生氧化物的能級(jí)，利用臭氧與紫外線(xiàn)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(mǎn)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(lèi)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。