臭氧高級催化氧化對高鹽廢水難降解有機(jī)物的影響

 

        煤化工廢水“零排放”過程中，會產(chǎn)生大量高鹽廢水，廢水成分復(fù)雜、色度大、化學(xué)需氧量（COD）及溶解性總固體（TDS）高，其中COD達(dá)100mg/L~5000mg/L，TDS達(dá)10000mg/L-200000mg/L。高鹽廢水中有機(jī)物易導(dǎo)致“零排放”過程中膜的污堵、蒸發(fā)結(jié)晶鹽品質(zhì)差、雜鹽率高等問題，因此必須有效去除煤化工高鹽廢水中的有機(jī)污染物，降低其對后續(xù)系統(tǒng)的影響，保證膜及蒸發(fā)結(jié)晶單元的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 

 

        去除廢水中難降解有機(jī)物的方法有生物法、電解法、化學(xué)氧化法及高級氧化法等。其中生物法、電解法及化學(xué)氧化法在去除廢水中難降解有機(jī)物的同時(shí)會產(chǎn)生二次污染；而高級氧化法是通過產(chǎn)生羥基自由基（·0H）的方式，氧化去除水中難降解有機(jī)污染物，且不會產(chǎn)生二次污染。高級氧化法包括紫外芬頓氧化法、化學(xué)芬頓氧化法、光催化氧化法及臭氧催化氧化法等，其中臭氧催化氧化法利用臭氧在催化劑作用下產(chǎn)生的高活性·OH與難降解有機(jī)污染物快速反應(yīng)，高效去除難降解物質(zhì)，具有操作簡單、氧化效率高的優(yōu)點(diǎn)。臭氧催化氧化法的核心為臭氧催化劑，高效的臭氧催化氧化劑可提高生成·OH的速率，進(jìn)而提高難降解有機(jī)物的去除率。

 

        Y.Z.PI等以Cu0/Al2O3為臭氧催化劑氧化降解草酸溶液，與純臭氧氧化相比，其對總有機(jī)碳（TOC）的去除率提高了30%；陳煒或等以Fe2O3為活性組分制備臭氧催化劑降解煤化工廢水，研究了不同工藝條件對COD去除率的影響；R.ROSAL等以MnO2/Al2O3為臭氧催化劑氧化降解非諾貝酸，其中·OH產(chǎn)生速率是單獨(dú)臭氧氧化時(shí)的8倍；陳志偉等以Mn02/陶粒為臭氧催化劑氧化降解廢水，COD去除率達(dá)40%。上述研究表明，臭氧催化氧化技術(shù)對廢水中難降解有機(jī)物具有良好的去除效果，但關(guān)于其在煤化工高鹽廢水難降解有機(jī)物的去除方面仍缺乏探索。

 

        為探索臭氧催化氧化法降解煤化工高鹽廢水有機(jī)物的規(guī)律，本文采用浸漬一焙燒法制備催化劑，研究載體、活性組分對COD去除率的影響，優(yōu)選出很佳臭氧催化劑；并以某煤化工企業(yè)高鹽廢水為實(shí)驗(yàn)水樣，探討不同工藝參數(shù)（有無催化劑、臭氧通氣量、臭氧濃度、催化劑投加量）對COD去除率的影響，確定很佳工藝條件；很后探討臭氧催化氧化反應(yīng)的動力學(xué)，確定反應(yīng)速率常數(shù)，以期為臭氧催化氧化技術(shù)在煤化工高鹽廢水中的廣泛應(yīng)用提供技術(shù)參考和借鑒。

 

主要儀器、試劑和原料：

儀器：臭氧發(fā)生器、蠕動泵、反應(yīng)柱、COD測定儀、pH計(jì)、分析天平等。

試劑：活性氧化鋁、陶粒、COD測定專用試劑（連華科技）、硝酸錳（分析純）、硝酸鐵（分析純）。

活性氧化鋁、陶粒，其物性參數(shù)分別見表1、表2。

實(shí)驗(yàn)水采用內(nèi)蒙古某煤化工企業(yè)高鹽廢水，水質(zhì)指標(biāo)分析見表3。

 

結(jié)論

1.活性氧化鋁基催化劑的催化效率高于陶?；呋瘎?，鐵錳基催化劑的催化效率高于鐵基和錳基催化劑。很終選擇的催化劑以活性氧化鋁為載體，鐵錳雙組分為活性組分。

2.有催化劑時(shí)對COD的去除率比無催化劑時(shí)的高15個(gè)百分點(diǎn)；臭氧通氣量越大、臭氧濃度越高、催化劑投加量越大，COD去除率越高；考慮COD去除率及運(yùn)行成本，取很佳的臭氧催化氧化反應(yīng)條件為：臭氧通氣量1.5m3/h，臭氧質(zhì)量濃度200mg/L，催化劑投加量0.8L/L。

3.添加鐵錳基陶?；呋瘎┑姆磻?yīng)速率常數(shù)是純臭氧氧化的2.50倍，添加鐵錳基活性氧化鋁基催化劑的反應(yīng)速率常數(shù)是純臭氧氧化的2.93倍，即臭氧催化氧化可有效提高難降解有機(jī)物的反應(yīng)速率，并提高COD去除率。

作者：
王吉坤，陳貴鋒，李陽，劉敏，李文博，何毅聰

1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司；

2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室