APP下载

O3/H2O2 氧化法处理难降解化工废水中试研究

2021-11-15王玉张亚维王刚

工业用水与废水 2021年5期
关键词:投加量反应时间去除率

王玉, 张亚维, 王刚

(广州华浩能源环保集团股份有限公司, 广州 510000)

O3/H2O2高级氧化法可以产生氧化能力较强的·OH 与废水中的有机物反应, 将废水中难降解的大分子物质降解为小分子有机物, 最终氧化为CO2和H2O。 该方法反应速度快, 氧化能力强, 对废水中CODCr和色度的去除效果好[1-3], 在石化废水[4]、 石 化 行 业 反 渗 透 浓 水[5]、 高 盐 有 机 废 水[6]、煤基合成油废水[7]以及H-酸废水[8]处理中得到广泛应用。

某精细化工园区现有有机化工原料制造、 农药和医药制造等多个化工相关企业, 其废水由各企业预处理后集中排入园区污水处理厂, 经生化、 气浮、 O3/BAF 处理后仍有部分CODCr难以降解, 且进水水质水量波动较大, 导致出水不能稳定达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准的要求。 本研究在原有工艺基础上增加使用H2O2, 采用O3/H2O2高级氧化法对气浮池出水进一步强化处理, 考察H2O2投加量、 O3流量以及反应时间对CODCr去除效果的影响, 分析改进工艺的处理效果。

1 材料与方法

1.1 试验装置

试验装置如图1 所示。

图1 试验装置Fig. 1 Experimental device

反应器为直径1.1 m, 高3.0 m 的封闭式不锈钢罐, 设置有进出水口、 O3进气管、 H2O2加药管以及外回流管。 废水从厂内气浮池出水引入, 并在进水管上安装流量计, 通过调节流量改变反应时间。 还原剂焦亚硫酸钠(Na2S2O5)通过隔膜计量泵1打入管道混合器中与废水混合。

试验所用O3由厂内O3发生器(O3平均质量浓度为130 g/m3, 产生流量为90 m3/h)提供, 在O3供气管上安装有流量计以调节进气流量, 由反应罐内的钛板曝气盘均匀曝气, 尾气用KI 溶液吸收。H2O2(质量分数为27.5%)通过隔膜计量泵2 打入反应罐内与废水充分混合。 此外, 反应罐设置外回流装置, 采用气提方式回流废水, 空气由厂内鼓风机提供, 空气管上安装有阀门, 通过控制空气流量来控制气提流量。

1.2 试验用水

试验用水为某化工园区废水经生化-沉淀-气浮工艺处理后气浮池出水, 水质指标如表1 所示。

表1 试验废水水质Tab. 1 Experimental wastewater quality

1.3 试验方法

试验处理水量为50 m3/d。 气浮池出水经进水泵泵入反应罐中, 调节流量以改变反应时间, 通过O3流量计及H2O2加药泵控制加药量。 反应完成后出水中投加质量浓度为10 g/L 的Na2S2O5溶液, 将剩余氧化性物质还原, 取样检测CODCr浓度, 考察反应时间及药剂投加量对CODCr的去除效果影响, 分析最佳反应条件下O3/H2O2高级氧化法的处理效果。

1.4 分析方法

CODCr采用重铬酸钾法测定, BOD5采用稀释与接种法测定。

2结果与讨论

2.1 H2O2 投加量对CODCr 去除效果的影响

在O3流量为3.8 m3/h, 反应时间为60 min 条件下, 改变H2O2投加量分别为12.5、 25.0、 50.0、75.0 mg/L。 考察H2O2投加量对O3/H2O2协同氧化去除CODCr的影响, 结果如图2 所示。

图2 H2O2 投加量对CODCr 去除效果的影响Fig. 2 Effect of H2O2 dosage on CODCr removal

由图2 可知, H2O2投加量不足和过量均不利于CODCr的去除, 当H2O2投加量为25.0 mg/L 时, 对CODCr的去除效果最好, 去除率为20.7%。 当H2O2投加量较少时, 与O3发生反应的HO2-不足, 因此生成的·OH 数量有限, 对CODCr的去除率较低[9]。随着H2O2投加量增加, H2O2在水中生成中间体促进O3快速分解, 生成·OH 数量增多, 与水中有机物反应的机会增大, 因而处理效果提高[10-11]。 随着H2O2投加量进一步增大, 一方面·OH 浓度逐渐增大, 过量的·OH 之间互相碰撞猝灭的几率也逐渐增大[12];另一方面水中过量H2O2捕获已经生成的·OH, 使反应中·OH 浓度减少, 抑制反应的进行[13]。 此外, 过量的H2O2发生分解抑制O3的氧化作用[14], 也会导致CODCr的去除效率降低。 因此, 后续试验H2O2投加量为25 mg/L。

2.2 反应时间对CODCr 去除效果的影响

在O3流量为3.8 m3/h, H2O2投加量为25.0 mg/L的条件下, 通过调节进水流量的方式改变反应时间分别为60、 90、 120、 150 min, 考察反应时间对协同氧化去除CODCr的影响, 结果如图3 所示。

图3 反应时间对CODCr 去除效果的影响Fig. 3 Effect of reaction time on CODCr removal

由图3 可知, 当反应时间达到120 min 时,CODCr的去除率最大, 随着反应时间的延长, CODCr的去除率基本没有增加。 这是因为当O3流量和H2O2投加量一定时, 反应生成的强氧化性物质恒定, 随着反应时间延长有机物去除率也基本维持稳定[15]。 此外, 随着反应时间的延长, 废水中易被氧化的有机物减少, 增加了·OH 继续氧化的难度,且反应产生的中间产物逐渐增多, 而这部分中间产物仍是CODCr的组成部分, 且不易氧化, 导致去除率增加幅度减小[16]。 因此, 后续试验反应时间为120 min。

2.3 O3 流量对CODCr 去除效果的影响

在H2O2投加量为25.0 mg/L, 反应时间为120 min 的条件下, 改变O3流量分别为1.0、 2.0、 3.0、3.8 m3/h, 考察其对协同氧化去除CODCr的影响,结果如图4 所示。

图4 O3 流量对CODCr 去除效果的影响Fig. 4 Effect of O3 flow on CODCr removal

由图4 可知, 随着O3流量的增加, O3/H2O2协同氧化对CODCr的去除率呈先增加后降低趋势, 当O3流量为3.0 m3/h 时, 对CODCr的去除率最高, 此时出水CODCr的质量浓度为64.27 mg/L。 O3流量增加会加剧气液界面的扰动, 减少传质阻力, 进而增加O3在水中的溶解度, 提高了CODCr去除率, 这与娄红春等[7]的研究结论相一致。 此外, 随着O3流量增加, O3促进H2O2分解生成的·OH 数量增多, 氧化能力增强, 与有机物分子接触的机会增大, 因此氧化分解的有机物量也相应增加[15]; 但随着O3流量进一步增加, 过量O3与·OH 发生反应,使CODCr的去除效率降低[17]。

2.4 增加外回流对CODCr 去除效果的影响

通过分析以上数据可发现, 在H2O2投加量为25.0 mg/L, 反 应 时 间 为120 min, O3流 量 为3.0 m3/h 条件下, O3/H2O2协同氧化对CODCr的最大去除率为50.69%。 考虑到O3流量较大, 反应时间较长, 因此对试验研究做进一步优化, 通过增加外回流的方式考察对CODCr的去除效果。 在外回流量为9.08 m3/h 的 条 件 下, CODCr的 平 均 去 除 率 在70%以上, 比无外回流时可以提高22.21%; 进一步优化试验条件, 降低O3流量至2.0 m3/h, 缩短反应时间至90 min, 试验结果表明, CODCr去除率最大可达到86.06%, 出水CODCr质量浓度由97.6 mg/L降到13.6 mg/L, 满足GB 18918—2002 中一级A标准的要求(ρ(CODCr)≤50 mg/L)。

3 结论

(1) 采用O3/H2O2协同氧化法处理污水处理厂气浮池出水, 在H2O2投加量为25.0 mg/L, O3流量为3.0 m3/h, 反应时间为120 min 的条件下, CODCr去除率为50.69%; 在该条件下增加外回流, 当外回 流 量 为9.08 m3/h 时, CODCr的 去 除 率 可 以 提 高22.21%, 平均去除率在70% 以上。 O3/H2O2协同氧化法可以有效去除该污水处理厂气浮池出水中的CODCr。

(2) 在外 回 流 量 为9.08 m3/h 的 条 件 下, 当H2O2投加量25.0 mg/L 时, 减少O3流量, 将O3流量调整为2.0 m3/h, 缩短反应时间至90 min, 此时CODCr去除率可达到86.06%, 出水CODCr质量浓度降到13.6 mg/L, 满足GB 18918—2002 中一级A标准的要求(ρ(CODCr)≤50 mg/L)。

猜你喜欢

投加量反应时间去除率
磁混凝沉淀工艺处理煤矿矿井水实验研究
硫脲浓度及反应时间对氢化物发生-原子荧光法测砷影响
不同温度下弹性填料对ABR处理生活污水的影响
反渗透淡化水调质稳定性及健康性实验研究
基于遗传BP神经网络的内圆磨削ZTA陶瓷材料去除率预测
用反应时间研究氛围灯颜色亮度对安全驾驶的影响
金刚石多线切割材料去除率对SiC晶片翘曲度的影响
NaOH投加量对剩余污泥水解的影响
混凝实验条件下混凝剂最佳投加量的研究
厌氧反应时间对反硝化聚磷工艺的影响