載鎳活性氧化鋁催化臭氧氧化處理焦化廢水COD工藝研究

摘 要：【目的】探究載鎳活性氧化鋁/臭氧催化氧化協同吸附技術去除焦化廢水中COD的最佳工藝路線?！痉椒ā坎捎媒n法，將鎳負載于活性氧化鋁上，測定該活性氧化鋁催化臭氧氧化的吸附性能?！窘Y果】當硝酸鎳濃度為0.8 mol/L、臭氧量為5 g/h時，載鎳活性氧化鋁催化臭氧氧化焦化廢水COD的去除效率最大，約為51.13%。【結論】相較于單獨使用吸附和臭氧催化氧化技術，載鎳活性氧化鋁催化臭氧氧化協同技術大大提高了廢水中COD的去除效果，為焦化廢水中COD去除提供支持。

關鍵詞：COD去除；臭氧催化氧化；活性氧化鋁；硝酸鎳；焦化廢水

中圖分類號：X789" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2025）02-0076-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.02.015

Abstract：[Purposes] This paper aims to investigate the optimal process for removal of COD from coking wastewater by the synergistic adsorption of nickel-loaded activated alumina ozonation and catalytic oxidation.[Methods] Nickel was loaded onto the activated alumina by impregnation method to determine the adsorption properties of the activated alumina for catalytic ozonation.[Findings] When the concentration of nickel nitrate was 0.8 mol/L and the amount of ozone was 5 g/h， the COD removal efficiency of coking wastewater by nickel-loaded activated alumina catalytic ozonation was the highest （about 51.13%）[Conclusions] Compared with adsorption and ozone catalytic oxidation alone， the combined technology of nickel activated alumina catalytic ozonation greatly improves the removal efficiency of COD in wastewater， and provides support for the removal of COD in coking wastewater.

Keywords： COD removal; catalytic oxidation of ozone; activated alumina; nickel nitrate; coking wastewater

0 引言

焦化廢水是來源于煤炭焦化過程中的碳酸化、煤氣凈化、化工產品回收和精煉等過程產生的廢水的統稱［1］。這類廢水中含有大量的有機化合物，其中包括芳烴類、酚類及含氮雜環化合物等［2］，具有成分復雜、濃度較高［3］、生物毒性較大、難以降解等特點［4］。該類廢水一旦進入環境，不僅給環境帶來嚴重污染，而且廢水中的有機物對生物體的影響較大，甚至會危害生命［5］。由于焦化廢水成分的復雜性和高污染程度，處理起來比一般的工業廢水要困難很多［6］。

目前，焦化廢水的處理方法很多，有物理處理法、化學處理法、生物處理法、膜分離技術、電化學處理技術等［7］。焦化廢水中存在大量的難降解有機物，傳統的處理方法雖然有一定的效果，但是處理工藝復雜，價格昂貴，因此，找到更有效的深度廢水處理工藝是非常有必要的［8］。

臭氧是一種比氧氣的氧化能力強的氧化劑［9］，在催化劑的催化下可將臭氧分子分解產生一種強氧化性的羥基自由基（·OH），從而實現對廢水中污染物的深度處理［10］。催化臭氧氧化技術作為工業廢水的深度處理技術之一［11］，由于可產生強化性自由基、催化劑易回收、無二次污染等優點，受到業界的高度歡迎［12］。為提高臭氧的催化效率，一般會使用一些活性氧化物種，比如活性氧化鋁［13］。

化學需氧量（COD）是指水樣中的溶解性物質和懸浮物被氧化所消耗的K2Cr2O7的量所對應的氧含量［14］。COD反映的是水體受還原性物質污染的程度大小，COD越高，說明污染越嚴重［15］。

本研究采用載鎳活性氧化鋁/臭氧氧化氯催化氧化協同技術處理焦化廢水，分別考察了臭氧氧化技術、載鎳活性氧化鋁和協同技術去除焦化廢水中COD的最佳試驗工藝路線，以期為焦化廢水中去除COD的研究提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗主要材料與儀器

1.1.1 試驗主要材料?；钚訟l2O3（1～2 mm，河南優藍水處理工程有限公司）；硫酸銀（分析純，天津市天感化工技術開發有限公司）；（NH4）2Fe（SO4）2（分析純、天津市華盛化學試劑有限公司）；Ni（NO3）2（分析純、西隴科學化學試驗試劑）；重鉻酸鉀（分析純、西隴科學化學試驗試劑）；葡萄糖（分析純、天津科密歐化學試劑有限公司）。

1.1.2 試驗主要儀器。多功能消解儀（天爾儀器，TE-16 型，）、馬弗爐（JC-MF12-30型）、多功能臭氧消毒機（中澳達，ZA-D2G型）等。

1.1.3 試驗廢水。試驗過程中所用的廢水參考某焦化廠廢水處理生化系統二級沉淀出水水質所配置，COD 濃度為 250～380 mg/L，pH值約為8.0，載鎳活性氧化鋁自制。模擬廢水具體配制方法如下：準確稱取0.3 500 g葡萄糖于燒杯中溶解，定容到1 L，調節溶液的pH值，此時模擬廢水中COD的含量約為350 mg/L。

1.2 試驗方法

1.2.1 載鎳活性氧化鋁的制備。取適量活性氧化鋁，在烘箱中進行烘干活化。采用浸漬法，將活化后的活性氧化鋁浸泡在硝酸鎳溶液中，一段時間后倒掉溶液，烘干氧化鋁，即得到載鎳活性氧化鋁催化劑（Ni/Al2O3）。

1.2.2 COD的測定?；瘜W需氧量COD的測定采用國家標準GB/T 11914—1989中化學需氧量的測定方法［16］。

1.2.3 臭氧通入量對廢水中COD的去除性能。取一定量的模擬廢水于250 mL燒杯中，分別通入3、4、5、6、7和8 g/h的臭氧，經過臭氧處理后，測定處理后廢水中的COD含量，并計算廢水中COD的去除率［17］。

1.2.4 載鎳活性氧化鋁對廢水中COD的去除性能。將活化后的活性氧化鋁浸泡到濃度分別為0.4、0.6、0.8、1和1.2 mol/L的硝酸鎳溶液中12 h，烘干煅燒，得到不同濃度硝酸鎳處理后的載鎳活性氧化鋁催化劑。將該載鎳活性氧化鋁再加入模擬廢水中，浸泡4 h后，測定其廢水的COD含量，并計算COD去除率。

1.2.5 載鎳氧化鋁（Ni/Al2O3）/催化臭氧氧化對廢水中COD的去除性能。通過臭氧通入量和載鎳活性氧化鋁催化試驗，可確定臭氧通入量和載鎳活性氧化鋁催化劑的最優條件，在該條件下將臭氧通入量和不同鎳量制備的活性氧化鋁催化劑進行協同使用進而處理廢水，研究其協同技術作用下對廢水中COD的去除性能。

2 結果與討論

2.1 臭氧通入量對廢水中COD的去除性能

在廢水中每小時分別通入3、4、5、6、7 g/L臭氧后其COD的去除率見表1。

由表1可以看出，當臭氧通入量為5 g/h時，此條件下臭氧對廢水中COD的去除性能最佳，去除率達最大，約為48%［17］。

2.2 載鎳活性氧化鋁對廢水中COD的去除性能

經過不同濃度（0.4、0.6、0.8、1、1.2 mol/L）的硝酸鎳處理后的載鎳活性氧化鋁催化劑（Ni/Al2O3）處理廢水后的COD去除率見表2。

由表2可以看出，在硝酸鎳濃度為0.8 mol/L時，通過浸泡活性氧化鋁制備的載鎳氧化鋁催化劑對廢水中COD的吸附效果最好，在此條件下，COD的最大去除率約為37%。

2.3 載鎳氧化鋁（Ni/Al2O3）/催化臭氧氧化對廢水中COD的去除性能

在單獨臭氧氧化和載鎳活性氧化鋁吸附的最優試驗條件下，將廢水先經過硝酸鎳濃度為0.8mol/L時浸泡過的活性氧化鋁吸附后，再通入5g/h的臭氧，然后測定其廢水的COD，并且對廢水中COD的去除率進行計算。同時固定臭氧通入量為5g /h，分別測定硝酸鎳濃度分別為0.4、0.6、0.8、1、1.2 mol/L的情況下的COD去除率，具體數值見表3。

由表3可以看出，在臭氧通入量為5 g/h時，不同載鎳活性氧化鋁對廢水中COD的去除效果仍然是0.8 mol/L的最大，在經過0.8 mol/L的硝酸鎳處理11 g活性氧化鋁后，固定臭氧通入量（5 g/h），將硝酸鎳處理活性氧化鋁和臭氧聯合使用，對廢水中的COD可達到最大的去除率，約為51.13%，比單獨使用載鎳活性氧化鋁的36.97%，以及單獨使用臭氧氧化的48.21%，去除率更高。因此，使用載鎳活性氧化鋁-催化臭氧氧化協同技術處理工業廢水是一種很好的方法。

3 結論

通過研究載鎳活性氧化鋁/催化臭氧氧化協同技術對廢水中COD的去除效果，結論如下。

①使用浸漬法，當硝酸鎳濃度為0.8 mol/L時的條件下制備的活性氧化鋁催化劑對廢水中COD的吸附率最大，約為37%。

②當臭氧通入量為5 g/h時，硝酸鎳濃度為0.80 mol/L時，將0.80 mol/L硝酸鎳處理后的活性氧化鋁和5 g/h的臭氧聯合使用，處理廢水后，廢水中的COD去除率可達最大，約為51.13%，比單獨吸附和臭氧催化氧化技術對廢水中COD的去除效率要高。

③載鎳活性氧化鋁/臭氧氧化處理焦化工業廢水，是一種很好的處理焦化工業廢水的方法，可為焦化工業廢水的處理提供理論參考。

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