臭氧—电催化联合氧化处理高浓度有机废水.pdf

臭氧电催化联合氧化处理高浓度有机废水 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 6 7 1 - 9 4 9 2 . 2 0 1 2 . 0 3 . 0 0 9 曹学锋孟玮孙 磊曹洋 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘 要主要研究了电催化氧化和臭氧氧化联合使用处理高浓度有机废水，探索了臭氧一电催化氧化联合氧化法的 最佳条件， 获得了良好的指标 控制电解及氧化时间为2 h , 调节p H 至中性， 控制电极板间距为1 c m ，控制电流密度为 1 x 1 0 - 2 A / m 2 , 控制电压为2 9 V ，控制臭氧流量为1 L / m i n , 可以达到高浓度有机废水中有机物去除率9 0 ％的效果。 高浓度有机废水； 电催化氧化； 臭氧氧化； C O D α X 7 5 1 . 0 3A 1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 2 0 3 - 0 0 3 2 - 0 5 E l e c t r o c a t a l y t i c O x i d i z a t i o n C o m b i n e d w i t h O z o n e O x i d a t i o n T r e a t i n g H i g h C o n c e n t r a t i o n O r g a n i c W a s t e r w a t e r C A O X u e f e n gM E N G W e i S U N L e iC A O Y a n g “十二五”国家科技支撑计划重点项目 2 0 1 2 B A B 1 0 B 0 5 2 0 1 1 - 1 1 - 2 22 0 1 2 - 0 3 - 2 7 曹学锋 1 9 6 4 - ， 男， 湖南常德人， 博士， 副教授。 万方数据 2 0 1 2 年第3 期曹学锋等臭氧一电催化联合氧化处理高浓度有机废水 - 3 3 车间和黑药生产车间的废水。通过运用联合氧化处 理的方法，探索了联合氧化处理的最佳条件，最终 达到了废水工业排放标准，为联合氧化的工业应用 提供了一定的理论依据。 1 试验 1 ．1 高浓度有机废水成分分析 试验所用废水全部取自铁岭选矿药剂有限公司 的生产废水，主要有两种，黄药车间生产废水和黑 药车间生产废水。 黄药生产览水含黄药3 0 - 30 0 0m g L 、C S 2 、N a O H 、 醇类以及机油等，主要成分为黄药，有刺激陛臭味， 废水的p H 变化范围为6 ～1 4 ，C O D o50 0 0 1 00 0 0 m g ／L o 该厂由于生产的黑药品种较多 酚黑药，醇黑 药，氧烷醇黑药 ，使得黑药废水成分复杂，性质 多变，具体的成分不好判断，取5 0 0m l 废水送样检 测，含硫化物9 3 2m 扎，磷0 ．1 9m 扎，酚8 ．8 8m 班， C O D c ，50 0 0 - 1 00 0 0m g ，【J 。 1 ．2 试验仪器 试验所用主要仪器有P S 一3 0 5 D 直流稳压电 源，D F l O I S 磁力搅拌器 巩义市予华仪器有限责 任公司 ，B T 3 0 0 2 T 蠕动泵，X R 一0 3 高频臭氧机 长沙愚人水净化设备厂 ，Ⅺ一Ⅲ消解装置 韶关 市广智科技设备发展有限公司 ，K Q 一3 0 0 E 超声波 仪，实验室用浮选机，T U 一1 8 1 0 紫外分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司 ，自制电解槽， 烧杯量筒若干。 1 ．3 试验装置及步骤 试验装置及步骤如图l 所示，每次取废水原液 2L 。将其装入电解槽及浮选槽内，控制臭氧流量 为1I _ ／m i n ，将臭氧发生器的出气口与浮选机的进 气口连接．将产生的臭氧直接供入浮选机中，利用 浮选机的鼓气及搅拌功能让臭氧气泡充分分散与废 水作用，同时通过蠕动泵将浮选槽的废水打入电解 槽中，自制电解槽上方有自行设计的溢流口，将电 解后的水输送至浮选槽中，这样就形成一个循环的 过程，来保证处理的连续性及作用的充分性。电解 装置阴极极板使用钛板，阳极极板为稀有金属 铷，铯，钉，铱 包裹的钛板。 1 ．4 分析方法 C O D 。的测试采用比色法，即重铬酸钾法测量 C O D o ，以去离子水为参比，利用紫5 1 “ - - - 可见光分光 光度计以波长6 0 0l l m 时的吸光度作为脱色依据。 起滤膜微滤活性炭 图1 试验装置 F i g ．1E x p e r i m e n t a la p p a r a t u s 2 结果与讨论 2 ．1 电催化氧化时间对C O D o 去除率的影响 分别取两种废水各lL 装入电解槽，控制电解 板距离2c m ，电压2 9V ，电流密度为1 1 酽A i m 2 ， 调节p H 为中性。对黄药生产废水和黑药生产废水 分别进行进行电解，每隔半个小时取样，进行检测。 测试结果如图2 所示，随着电解时间的增加，废 水的C O D 。大幅降低，黄药生产废水在电解1 ．5h 后，C O D 。降低的趋势趋缓，而黑药生产废水在电 解2 ．5h 后才能达到这一效果，试验结果表明，电 催化对黄药生产废水的降解速度快，但是对黑药生 产废水的降解效果好。 ， 一 蛐 E 、 o o U 图2 时间对电催化氧化处理黄药及黑药生产废水 的影响 F i g ．2 T i m ee f f e c to fx a n t h a t ea n da e r o f l o a t w a s t e w a t e re l e c t r o c a t a l y t i eo x i d i z a t i o n 2 ．2 臭氧氧化时间对C O D 。去除率的影响 分别取两种废水各IL 装入浮选槽，打开臭氧 发生器。控制臭氧的流量为lL ／m i n ，并打开浮选 - 3 3 万方数据 2 0 1 2 年第3 期 万方数据 2 0 1 2 年第3 期 曹学锋等臭氧一电催化联合氧化处理高浓度有机废水 ．3 5 o 一 ∞ 昌 、 凸 o U 图5 时间对联合氧化处理黄药及黑药生产废水的 影响 F i g ．5 T i m ee f f e c to fx a n t h a t ea n da e r o f l o a t w a s l e w a t e re l e e t r o c a t a l y t i c - o z o n eo x i d i z a t i o n c o m b i n e d 程，而碱性条件中，发生的氧化过程会使阳极极板 表面生成不溶于水的物质，阻碍体系进一步的氧 化；而对于臭氧氧化，当p H 值较低时，臭氧主要 以分子形式存在，不能有效的氧化降解有机物，随 着p H 的升高，O H 一浓度的增多促进了臭氧向一O H 活性基团的变化[ 9 ] ，提高氧化的效果，而p H 过高 时，反而又会使活性基团一O H 浓度降低，影响氧化 的效果⋯] ，同时臭氧氧化本身会使溶液p H 变小In ] ， 所以在试验过程要注意随时控制溶液的p H 值，综 上所述选择溶液的p H 值为中性。 、 一 卸 暑 、 凸 o U 图6p H 对联合氧化处理黄药及黑药生产废水的 影响 F i g ．6p He f f e c to fx a n t h a t ea n da e r o f l o a t w a s t e w a t e re l e c t r o c a t a l y t i c - o z o n eo x i d i z a t i o n c o m b i n e d 2 ．6 试验流程及结果 通过上述武验发现调节p H 至申胜。控制两电解 板距离lc m ，电流密度为I 1 0 之M m 2 ，电压2 9v ， 处理黄药时间为2h ，处理黑药时间为2 ．5h ，控 制臭氧的流量为lI J m i n ，把两种氧化过程结合， 酸或右灰Il 充气lI 臭氧发生器 梦№窭匦p H H 壶H 壶 约生产H 预处理调节H 电解槽擘 爿浮选机 废水～ 一厂 清水外排或回用H 超滤膜卜一活性炭过滤 图7 电催化氧化 臭氧氧化联合处理高浓度废水 流程 F i g ．7H i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e r t r e a t i n gp r o c e s so fe l e c t r o c a t a l y t i c - o z o n eo x i d i z a t i o n c o m b i n e d 得出图7 流程。 图7 流程操作简单，无二次污染，对高浓度有 机废水的C O D o 去除率达到了8 0 ％以上，再将处理 完后的废水通过装有石英砂和活性炭的层析柱，可 使废水达到回用或者排放标准。该试验对高浓度有 机废水的处理有指导意义。 试验完毕后，两种生产废水最终水质见表l 。 表1 T a b l e1 外排液水质 E f f l u xw a t e rq u a l i t y 项目黄药废水坂液黄药瑷水外排液黑约睃水原液黑药废水外排液 C O D e ，m I l g 。L ’50 0 0 一10 0 0 0 1 0 05 1 3 0 0 - 10 0 0 01 5 0 p H 5 1 46 85 1 06 ．- 8 3 结论 通过试验可知，电催化与臭氧氧化联合氧化处 理高浓度有机废水的效果要好于任何一种单一的氧 化，因为在电场存在下使得活性基团一O H 的“攻击 力”更强，并且合适的极板材料对氧化过程还有催 化作用[ 1 2 3 ，控制电催化与臭氧氧化的工作条件并 且与活性炭及膜过滤联合使用处理高浓度有机废水 可以使难处理污水实现达标排放。 参考文献 [ 1 ] 王芳，王增长，侯安清．高浓度有机废水处理技木的应 用研究[ J ] ．科技情报开发与经济，2 0 0 5 ，1 5 2 3 1 3 9 - 1 4 0 ． [ 2 ] 王敏，阳小敏，陈昭宜．催化电解法去除渗滤液中 C O D 、N H ，一N 的动力学研究[ J ] ．环境污染与防治。 2 0 0 3 。2 5 4 2 1 l 一2 1 4 ． [ 3 ] 吴桂芹．有机废水处理中的高级氧化技术[ J ] ．林业科技 情报，2 0 1 0 ，4 2 2 7 2 7 5 ． [ 4 ] R o b e r t oR o s a l ，A n t o n i oR o d r i g u e z ，J o s e A n t o n i o P e r d i g o n M e l o n ．O x i d a t i o no fd i s s o l v e do r g a n i cm a t t e ri n 下转第4 3 页 [ 1 ] 王芳，王增长，侯安清. 高浓度有机废水处理技木的应 用研究[ J ] . 科技情报开发与经济， 2 0 0 5 ， 1 5 2 3 1 3 9 - 1 4 0 . [ 2 ] 王敏，阳小敏，陈昭宜. 催化电解法去除渗滤液中 C O D 、 N H 3 - N 的动力学研究[ J ] . 环境污染与防治， 2 0 0 3 ，2 5 4 2 1 1 - 2 1 4 . [ 3 ] 吴桂芹. 有机废水处理中的高级氧化技术[ J ] . 林业科技 情报，2 0 1 0 ，4 2 2 7 2 - 7 5 . [ 4 ] R o b e r t o R o s a l , A n t o n i o R o d r i g u e z , J o s e A n t o n i o P e r d i g o n - M e l o n . O x i d a t i o n o f d i s s o l v e d o r g a n i c m a t t e r i n 万方数据 t h e e f f l u e n t o f a s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t u s i n g o z o n e c o m b i n e d w i t h h y d r o g e n p e r o x i d e O 3 / H 2 O 2 [ J ] . C h e m i c a l E n g i n e e r i n g J o u r n a l , 2 0 0 9 , 1 4 9 1 / 3 3 1 1 - 3 1 8 . [ 5 ] E r i c C W e r t , F e r n a n d o L , R o s a r i o - O r t i z e t a l . E f f e c t o f o z o n e e x p o s u r e o n t h e o x i d a t i o n o f t r a c e o r g a n i c c o n t a m i n a n t s i n w a s t e w a t e r [ J ] . W a t e r l R e s e a r c h , 2 0 0 9 , 4 3 4 1 0 0 5 - 1 0 1 4 . [ 6 ] 曲险峰， 郑经堂. 活性炭催化臭氧氧化法处理奥里油加 工废水[ J ] . 化工环保，2 0 0 6 , 2 6 3 2 2 2 - 2 2 5 . [ 7 ] N a o y u k i K i s h i m o t o , Y u k a k o M o r i t a , H i r o s h i T s u n o e t a l . A d v a n c e d o x i d a t i o n e f f e c t o f o z o n a t i o n c o m b i n e d w i t h e l e c t r o l y s i s [ J ] . W a t e r R e s e a r c h , 2 0 0 5 , 3 9 1 9 4 6 6 1 4 6 7 2 . [ 8 ] 索娜，贺鹏. 电催化氧化法处理硝基苯废水的研究[ J ] . 工业安全与环保，2 0 1 0 ，3 6 3 3 1 - 3 3 . [ 9 ] 颜高峰，杨哲，陈力行，等. 吸附催化臭氧氧化去除 造纸废水中特征污染物的研究[ J ] . 水处理技术，2 0 1 0 , 3 6 4 8 9 - 9 6 . [ 1 0 ] 徐腾娇，陈忠林，沈吉敏，等. 臭氧氧化降解水中对硝基 氯苯的效能与机制[ J ] . 水处理技术，2 0 0 7 ，3 3 1 2 7 - 3 0 . [ 1 1 ] 吉鸿安. 利用臭氧分解选矿废水中黄药和二号油[ J ] . 甘肃冶金，2 0 0 8 ，3 0 3 7 0 - 7 2 . [ 1 2 ] 华仁清. 电解催化氧化工艺在高浓度污永处理中的应 用[ J ] . 污染防治技术, 2 0 0 3 ，1 6 3 6 3 - 6 4 . [ 1 ] 聂琪. 试论我国钼矿选矿方法及研究现状[ J ] . 云南冶 金，2 0 1 0 , 3 9 2 3 4 - 3 6 , 5 5 . [ 2 ] 黄宪法，邹炜. 国内钼业现状及可持续发展对策[ J ] . 中国钼业，2 0 0 1 , 2 5 4 1 0 - 1 3 . [ 3 ] 张文钲，徐秋生. 我国钼资源开发现状与发展趋势[ J ] . 矿业快报，2 0 0 6 ，2 5 9 1 - 4 . [ 4 ] 张宝元，钟宏. 辉钼矿的浮选及其捕收剂的研究进展 [ J ] . 矿产保护与利用，2 0 1 0 3 5 1 - 5 4 . [ 5 ] 谢广元， 张明旭， 边炳鑫， 等. 选矿学[ M ] . 徐州 中国矿 业大学出版社，2 0 0 1 . [ 6 ] 胡熙庚. 有色金属硫化矿选矿[ M ] . 北京冶金工业出 版社, 1 9 8 7 . 万方数据