PAC預混凝－臭氧氧化法處理噴漆廢水的試驗研究

關鍵詞：噴漆廢水；聚合氯化鋁（PAC）；臭氧氧化法

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0044-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.010

Abstract： Poly Aluminum Chloride （PAC） precoagulation-ozone oxidation method is adopted to treat spray painting wastewater，and the process parameters such as PAC dosage，pH value，ozone acceleration rate，oxidation time and MnO₂ （20 dosage are optimized. Under optimal conditions，PAC precoagulation achieved a removal rate of 45.34% for Chemical Oxygen Demand （COD）， 59.67% for ozone oxidation stage，and a total COD removal rate of 77.98% for the combined process，and the effluent COD concentration was reduced to 395.4mg/L ， meeting the requirements of biochemical treatment. Research has shown that PAC precoagulation can efectively reduce suspended solids concentration and improve ozone oxidation efficiency，with a significant synergistic effect between the two.

Keywords： painting wastewater; Poly Aluminum Chloride （PAC）; ozone oxidation

汽車噴漆廢水具有化學需氧量（Chemical OxygenDemand，COD）濃度高、色度深、可生化性差、處理難度大等特點，對環境造成顯著威脅[1。傳統物理和生物處理方法難以有效去除噴漆廢水中的高濃度有機污染物[2]。聚合氯化鋁（Poly Aluminum Chloride，PAC）預混凝法通過吸附架橋和電中和作用有效去除懸浮顆粒物和部分大分子有機物，臭氧氧化法利用羥基自由基（?oH） ）的強氧化性進一步分解難降解有機物并提升廢水可生化性。試驗通過優化PAC預混凝－臭氧氧化法處理噴漆廢水的工藝參數，分析其COD去除機理及協同效應，為噴漆廢水的高效治理提供指導。

1試驗部分

1.1試驗材料及設備

噴漆廢水樣品取自山東省煙臺市某汽車企業。PAC、 MnO₂ 、 ΔNaOH 、HCl、重鉻酸鉀均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。主要設備有JJ-4型六聯攪拌器、DJ-Q2020A型臭氧發生器、DRB200型快速消解器和PHS-25型 pH 計。

1.2 試驗方法

1.2.1 PAC預混凝沉淀試驗

取 200mL 噴涂廢水，用濃度 10% 的NaOH或HCI溶液調節廢水至目標 pH 值；按試驗設計投加一定量PAC作為混凝劑。在攪拌裝置上先以 150r/min 的轉速快速攪拌 2min ，確保PAC充分分散，然后以50r/min 的轉速慢速攪拌 5min ，促進絮體形成。靜置30min 后完成固液分離；用移液管取上清液，注意避免擾動絮體，測定COD濃度。

1.2.2 臭氧氧化試驗

噴涂廢水在最佳工藝條件下進行PAC混凝預處理后，取上清液進一步進行臭氧氧化處理。具體來說，按試驗設計設定臭氧投加速率，通過臭氧發生器向反應器中通入臭氧；將上清液置于反應器中，并調節至目標pH值；根據試驗設計投加一定量 MnO₂ 作為催化劑；啟動臭氧發生器，并按照預定時間進行反應，確保充分氧化；反應完成后，將廢水靜置 30min ，待微細顆粒沉降；取上清液，測定COD濃度。

1.3 檢驗方法

COD測定采用《水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》（HJ828—2017）。采用玻璃電極法測定pH值。懸浮物測定采用《水質懸浮物的測定重量法》（GB/T11901—1989）。

1.4計算方法

PAC預混凝處理COD的去除率按式（1）計算。臭氧氧化處理的COD去除率按式（2）計算。PAC預混凝－臭氧氧化處理的總COD去除率按式（3）計算。

式中： R_PAC 為PAC 預混凝處理的COD去除率， % R_☉ 為臭氧氧化處理的COD去除率， %_CsR_?c 為預混凝-臭氧氧化處理的總COD去除率， % ; ρ_? 為原水COD 濃度， mg/L ρ_PAC 為PAC 預混凝處理后上清液COD 濃度，mg/L ： 為臭氧氧化處理后COD 濃度， mg/L_c"。

2PAC預混凝對COD去除效果的影響

噴漆廢水水質指標測定結果顯示，COD濃度為1795mg/L ，懸浮固體濃度為 785mg/L ， pH 值為7.9。噴漆廢水具有較高的COD濃度和懸浮固體含量，且呈弱酸性，廢水中有機污染物和懸浮顆粒物濃度較高，處理難度大。

2.1PAC混凝劑投加量對COD去除率的影響

在其他試驗條件一致的情況下，采用不同PAC投加量（0.1、0.2、0.4、0.8、 1.6g/L ）進行混凝試驗，COD去除率分別為 8.52% 、 33.54% 、 45.34% 、 28.31% /7.32% 。隨著PAC投加量的增加，COD去除率先上升后下降。當PAC投加量低于 0.4g/L 時，由于PAC混凝劑不足，廢水中懸浮顆粒及部分溶解性有機物無法充分絮凝和沉淀，COD去除率較低；當投加量達到0.4g/L 時，COD去除率達到峰值（ 45.34% ），此時PAC的吸附架橋和電中和作用充分發揮，有效促進膠體顆粒的聚集和沉降；投加量超過 0.4g/L 后，過量的PAC導致正電荷過剩，使膠體顆粒重新分散，絮凝效果下降，COD去除率反而降低。綜上，最佳PAC 投加量為 0.4g/L 。

2.2反應體系 pH 值對COD去除率的影響

PAC投加量為 0.4g/L 時，采用不同反應體系 pH 值（5、7、9、11、13）進行混凝試驗，COD去除率分別為 16.31% 、 44.12% 、 42.13% 、 45.98% 、 19.25% 。隨著反應體系 pH 值的增加，COD去除率呈先上升、再穩定、后下降的趨勢。在 pH 值為7～11的弱堿性環境下，COD去除率較高，尤其在 pH 值為11時，COD去除率達到峰值（ 45.98% ）。這是因為弱堿性環境下，PAC發生充分水解，形成高聚合度鋁羥基絡合物，增強吸附架橋能力，從而提高膠體顆粒的聚集效率。此外，弱堿性條件有助于廢水中部分酸性污染物的中和和沉淀，進一步提升COD去除率。當 pH 值超過11時，強堿性環境可能導致某些溶解性物質重新分散或與PAC反應效率下降，COD去除率有所降低。綜上，最佳反應體系pH值為11。

3臭氧氧化對COD去除效果的影響

3.1臭氧投加速率對COD去除率的影響

PAC投加量為 0.4g/L ，混凝沉淀反應體系 pH 值為11時，采用不同臭氧投加速率進行臭氧氧化試驗，臭氧投加速率分別為10、12、14、16、 （ ∣L^?h） （204時，COD去除率分別為 18.35% 、 27.06% 、 41.13% 、44.85% 、 40.31% 。隨著臭氧投加速率的增加，COD去除率呈現先上升后下降的趨勢。臭氧投加速率為10～16g/ 0 （L?h） 時，較高的臭氧濃度增加水中溶解的臭氧濃度和活性氧化物種（如·OH）的生成量，從而增強對有機污染物的降解作用，臭氧投加速率為16g/Ω（L?h） 時，COD去除率達到峰值（ 44.85% ）。

當臭氧投加速率超過 16g/（L/h） 時，COD去除率下降，原因可能是高濃度臭氧導致副反應增多，生成部分難降解的中間產物，影響氧化效率。綜上，最佳臭氧投加速率為 16g/Ω（L?h） 。

3.2臭氧氧化時間對COD去除率的影響

PAC投加量為 0.4g/L ，混凝沉淀反應體系 pH 值為11，臭氧投加速率為 16g/Ω（L?h） 時，采用不同臭氧氧化時間（ 15、25、35、45、55min ）進行臭氧氧化試驗，COD去除率分別為 28.48% 、 45.12% 、 42.31% 、36.27% 、 36.22% 。COD去除率隨氧化時間的延長呈現先升高后下降的趨勢。在反應初期（ 15～25min ），臭氧快速與廢水中易氧化的有機物反應，同時生成的·OH進一步促進有機物的降解，使COD濃度顯著降低，反應 25min 時，COD去除率達到峰值（ 45.12% ）。反應時間超過 25min 后，COD去除率逐漸下降，原因可能是長時間反應生成的酸性副產物減少·OH的濃度，降低氧化效率。綜上，最佳臭氧氧化時間為 25min 。

3.3 MnO₂ 投加量對COD去除率的影響

PAC投加量為 0.4g/L ，混凝沉淀反應體系 pH 值為11，臭氧投加速率為 16g/（L/h） ，臭氧氧化時間為 25min 時，采用不同投加量（0.0、0.5、1.0、1.5、2.0， 2.5， 3.0g/L ）的 MnO₂ 作為催化劑進行臭氧氧化試驗，COD去除率為 46.38% 、 48.31% 、 49.85% 、50.93% 、 51.32% 、 49.37% 、 50.33% 。 MnO₂ 催化劑的投加對COD去除率的提升效果有限，隨著投加量的增加，COD 去除率先緩慢上升，后趨于穩定。這是因為 MnO₂ 能促進臭氧分解生成更多活性氧化物種，提高COD去除率。然而，當投加量超過 1.0g/L 后，COD去除率的增加趨緩，說明催化劑的作用已接近飽和，進一步增加投加量對COD去除率的提升效果較小。綜上，考慮經濟性與去除效果，最佳 MnO₂ 投加量為 1.0g/L。

3.4反應體系 pH 值對COD去除率的影響

PAC投加量為 0.4g/L ，混凝沉淀反應體系 pH 值為11，臭氧投加速率為 16g/Ω（L?h） ，臭氧氧化時間為 25min ， MnO₂ 投加量為 1.0g/L 時，采用不同反應體系 pH 值（5、7、9、11、13）進行臭氧氧化試驗，COD去除率分別為 31.53% 、 44.75% 、 48.32% 、 59.67% 、54.68% 。COD去除率隨 pH 值增加先升高后降低。在堿性條件下（尤其是pH值為11時），臭氧分解生成的·OH濃度增加，同時堿性環境促進某些酸性有機污染物的離解，增強其與活性氧化物種的接觸率，使COD去除率達到峰值（ 59.67% ）。 pH 值超過11后，COD去除率下降，可能是因為強堿性條件下·OH過量生成引發自締合反應，生成過氧化氫等中間產物，消耗活性氧化物種，同時堿性環境中和氧化過程中產生的酸性副產物，影響氧化穩定性。綜上，最佳反應體系pH 值為11。

4臭氧氧化法與PAC預混凝-臭氧氧化法處理噴漆廢水的效果對比

在最佳試驗條件下，分別采用臭氧氧化法和PAC預混凝－臭氧氧化法處理噴漆廢水。結果顯示，臭氧氧化法處理后，廢水的COD濃度為 715.2mg/L ，總COD去除率為 60.17% ；PAC預混凝-臭氧氧化法處理后，廢水的COD濃度為 395.4mg/L ，總COD去除率達到 77.98% 。PAC預混凝－臭氧氧化法明顯優于單獨的臭氧氧化法，表現出較高的COD去除率。這主要歸因于PAC預混凝的輔助協同作用。作為預處理手段，PAC混凝通過吸附架橋和網捕作用，能夠有效去除廢水中的懸浮顆粒物和部分大分子有機物，同時降低廢水的濁度和初始COD濃度，為臭氧氧化階段提供更加清潔的反應環境。此外，混凝預處理能夠降低臭氧消耗量，提高臭氧利用效率，從而顯著增強氧化反應效果。這一協同效應表明，PAC預混凝在提升整體處理效率方面具有重要作用，能夠有效彌補單一臭氧氧化工藝在處理復雜廢水時的不足。

5結論

本研究驗證了PAC預混凝-臭氧氧化法處理噴漆廢水的高效性，優化關鍵參數。在PAC投加量為 0.4g/L 、pH 值為11的條件下，混凝預處理使COD去除率達到 45.34% ；在臭氧投加速率為 16g/（L?h） 、氧化時間為 25min 、 MnO₂ 用量為 1.0g/L 的條件下，溶解性有機物進一步降解，COD去除率達 59.67% 。聯合工藝協同作用下，COD總去除率達 77.98% ，出水COD濃度降至 395.4mg/L ，符合生化處理要求。

參考文獻

1劉青晨，王華偉，劉榮穩，等.混凝－臭氧氧化對滲濾液生化出水有機微污染物的去除效果[J]化工進展，2024（1）：545-554.

2 廖書林，浦燕新，許龍霞，等.混凝－臭氧氧化處理垃圾中轉站滲濾液的試驗研究[J].云南化工，2019（9）：57-58.