UV+H2O2法预处理含酚废水实验研究

司亚康，刘艳娟，韩永艳，师梦闪

(1.河北海之润环境检测有限公司，河北 唐山 063000；2.唐山学院，河北 唐山 063000；3.唐山曹妃甸协同发展研究院有限公司，河北 唐山 063000)

UV+H2O2法利用紫外光对有机物的破坏作用和本身的氧化作用及在紫外光的照射下产生氧化性极强的·OH，使该技术在含有处理难生物降解有机物的废水处理方面具有较好的应用前景[1-5]。国内通常制备某种光化学催化剂，在紫外光的照射下降解有机物，存在成本高，不好实施的问题[6-8]。本文利用该方法对含酚废水进行预处理实验研究，研究废水COD的去除规律，为难生物降解的废水处理提供研究依据，且具有成本低，操作方便的优势，适合工程应用。

1 实验

1.1 实验用水水质

实验所用的废水为实验室模拟配水，0.839 g苯酚加入到1L水中，废水COD 3158 mg/L，pH值8～9。

1.2 实验方法

1.2.1 单因素的实验

取废水100 mL于200 mL烧杯中，置于磁力搅拌器上，控制一定的转速，研究不同的加入H2O2溶液的浓度、pH值，反应时间等影响因素对焦化废水废水COD和酚的去除效果，确定反应的最佳工艺条件。

1.2.2 正交实验

设计了三因素四水平L16(43)正交实验表，以废水COD的去除率作为评价指标，进一步优化最佳工艺条件。

1.3 实验检测指标及检测方法

实验中主要监测指标为COD，采用国家标准方法[9]。

2 实验结果与讨论

2.1 单因素实验分析

2.1.1 反应时间对废水COD的去除效率的影响

含酚废水pH值6，H2O2浓度50 mmol/L，改变反应时间分别为30、90、120、180min对含酚废水COD和酚的去除效果，结果见图1。

由图1可看出，废水COD的去除率随反应时间的延长呈现了逐渐升高的变化趋势，当反应时间为180min，废水COD的去除率达到了48.4% ，后期的COD去除率增长变的平缓。考虑到实际应用，最佳的反应时间为180min开展下步实验。

图1 废水COD去除效果随反应时间变化规律

2.1.2 含酚废水pH值对废水COD去除效率的影响

反应时间180min，H2O2浓度50 mmol/L，改变废水pH值分别为2、4、6、8对废水COD的去除效果，结果图2。

由图2可知，含酚废水COD去除率随pH值的升高呈现了逐渐升高后略微下降的趋势，在中性至偏碱性条件下效果较好，pH值为2时，废水COD去除率为31.25%，pH值为6，废水COD的去除率达到48.4%。催化剂H2O2具有很高的表面活性能，能够迅速催化分解产生羟基自由基攻击难降解的有机物分子，并使之转化为H2O、CO2等无机物质。从H2O2试剂的反应机理来看，在强酸性的条件下，氧化反应产生出有机酸和CO2使得反应的速率降低；在碱性条件下可能与羟基自由基产生受到抑制有关。因此，实验中确定含酚废水pH值为6开展下步实验。

图2 废水COD去除效果随pH值变化规律

2.1.3 H2O2浓度对含酚废水COD去除效果的影响

反应时间180min，pH值6，H2O2浓度为10、30、50、70 mmol/L对废水COD的去除效果，结果见图3。

图3 废水COD去除效果随H2O2浓度变化规律

由图3可知，随着H2O2浓度的增大，废水COD的去除率呈上升后缓慢下降趋势，H2O2浓度为50mmol/L时，废水COD的去除率为48.4%。H2O2在紫外光照射下能分解成具有强氧化的羟基自由基，与废水中的酚发生氧化还原反应，使废水中的酚浓度降低，但加入的H2O2过多，由于过量的H2O2会与·OH反应产生H2O和O2，而过量的·OH又会形成H2O2导致酚的去除效率下降。此外，溶液中过量的H2O2也会与·OH反应生成过氧化羟基自由基(HO2·)，而HO2·的氧化性能则相对较弱[10]。实验确定H2O2浓度为50 mmol/L。

2.2 正交实验分析

进行正交实验，因素水平表见表1，实验结果和方差分析见表2。

表1 L34正交实验因素和水平设计

表2 正交实验结果

UV+H2O2法预处理含酚废水的正交实验结果表明，对于含酚废水COD去除效果的影响因素的大小依次为：反应时间>H2O2浓度>废水pH值。实验结果表明，UV+H2O2法预处理含酚废水的最佳实验条件为A3B4C3，即废水pH值6，反应时间180min，H2O2浓度为50 mmol/L，在此条件下废水COD去除率达到48.4%。

2.3 UV+H2O2、单一UV、H2O2对酚去除效果的对比实验

在废水pH值6，反应时间180min，H2O2浓度为50 mmol/L条件下，比较了UV+H2O2、单一UV、H2O2分别去除苯酚的效果，结果见图4。

图4 不同工艺对废水的去除效果对比实验

从图4 可看出，在上述的反应条件下单一的UV、H2O2对酚的去除效率分别为6.0%和30.8%，均低于UV+H2O2方法达到的48.4%的去除效率，UV+H2O2方法由于紫外线和H2O2激发的·OH来降解苯酚。

2.4 实验问题提出

单因素及正交实验确定UV+H2O2法预处理含酚废水，在含酚废水pH值6，反应时间180min，H2O2浓度位50mmol/L条件下对废水COD去除率可达到48.43%，说明该方法对废水中的疏水性有机的去除有很好的效果[11]。

另外，上述的实验室小试实验，灯管设计采用了在废水处理装置上一定距离照射，为进一步增强光辐射的强度。在实验中试设计实验装置的过程中应考虑将紫外灯管设置于废水处理装置内部，让废水直接接触。

3 结论

(1)UV+H2O2法预处理含酚废水的的影响因素的大小依次为：反应时间>H2O2浓度>废水pH值。

(2)单因素及正交实验确定UV+H2O2法预处理含酚废水的最佳实验条件为含酚废水pH值 6，反应时间180min，H2O2浓度位50mmol/L，废水COD去除率可达到48.43%。

参考文献

[1]李 新,刘勇弟,孙贤波,等.UV+H2O2法对印染废水生化出水中不同种类有机物的去除效果[J].环境科学,2012,33(8):2728-2729.

[2]张泽彪,刘勤增,崔明超. UV+H2O2法处理焦化废水的试验研究[J].环境科技,2010,23(1):5-7.

[3]黄洪勋,孙亚全,陈明发.高级氧化技术在水处理中的应用[J].黑龙江环境通报,2012,36(3):60-63.

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[8] 章永鹏,周军英.几种高级氧化技术在农药废水处理中的应用研究进展[J].农药学学报,2007,9(2):103-109.

[9] 国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002.

[10] Legrini O,Olibveros E,Braun A M.Photochemical processes for water treatment[J].Chemical Reviews,1993,93(2):671-698.

[11] 李 新,刘勇弟,孙贤波,等. UV/H2O2对印染废水生化出水中不同种类有机物的去除效果[J].环境科学,2012,33(8):2728-2730.