超重力強(qiáng)化臭氧高級(jí)氧化技術(shù)處理模擬苯酚廢水的研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的提高，如何解決日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。有機(jī)廢水污染是水環(huán)境日益惡化的重要原因之一，其中含酚廢水是一類(lèi)比較典型，且排放量和危害都較大的有機(jī)廢水。化學(xué)氧化法預(yù)處理后接生物處理是一種經(jīng)濟(jì)高效的酚類(lèi)廢水處理方法。目前，臭氧高級(jí)氧化技術(shù)（如O3/H2O2工藝、均相催化臭氧化等）因其高氧化能力、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，但該類(lèi)方法普遍存在臭氧在水中的溶解性差，利用效率低等缺陷。<

2、br>　　 本文引入超重力技術(shù)對(duì)臭氧高級(jí)氧化工藝進(jìn)行強(qiáng)化，將其與O3/H2O2、O3/Fe(Ⅱ)、O3/H2O2/Fe(Ⅱ)(O3/Fenton)三種高級(jí)氧化工藝結(jié)合，考察了超重力環(huán)境下操作條件對(duì)苯酚降解的影響規(guī)律，通過(guò)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)操作條件進(jìn)行優(yōu)化，比較了不同高級(jí)氧化工藝下羥基自由基相對(duì)濃度及苯酚的降解機(jī)理，為酚類(lèi)廢水的快速處理提供新的處理工藝，主要研究?jī)?nèi)容及成果總結(jié)如下:
　　 (1)在使用旋轉(zhuǎn)填充床作為反應(yīng)器，以O(shè)

3、3/Fe(Ⅱ)體系處理苯酚廢水的單因素研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超重力環(huán)境從2g（g為地球重力加速度）增加至175g時(shí)，O3和O3/Fe(Ⅱ)體系的傳質(zhì)系數(shù)提高了約1倍，苯酚降解率提高了約0.7倍。在酸性條件下，在O3體系中添加少量亞鐵(0.4 mM)即可提高苯酚降解率約10％。利用響應(yīng)面法對(duì)操作條件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化時(shí)發(fā)現(xiàn)，在亞鐵濃度為0.58 mM、臭氧濃度為60 mg/L、液體流量為10 L/h、旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)速為1500 rpm時(shí)，O3/Fe(Ⅱ

4、)體系的苯酚降解率達(dá)70％;在亞鐵濃度為0.5 mM、臭氧濃度為30 mg/L、液體流量為30 L/h、旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)速為1500 rpm時(shí)，O3/Fe(Ⅱ)體系的臭氧利用率可達(dá)0.096mol/mol(phenol/O3)。苯酚溶液經(jīng)過(guò)O3/Fe(Ⅱ)體系處理之后可生化性指標(biāo)（五日生物需氧量與化學(xué)需氧量之比，BOD5/COD）從處理前的0.2增加至0.56，大大高于生化處理所需的0.3。
　　 (2)通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)填充床強(qiáng)化O3/H

5、2O2體系降解苯酚廢水的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超重力環(huán)境從8g增加至200g時(shí)，苯酚和COD降解的表觀反應(yīng)速率常數(shù)分別增加了1倍和0.6倍。研究表明，適宜的操作條件為:過(guò)氧化氫濃度為1.3 mM、初始pH值為9、臭氧濃度為55 mg/L、反應(yīng)溫度為25℃、轉(zhuǎn)速為1000rpm，此時(shí)苯酚和COD降解率分別可達(dá)96％和75％。
　　 (3)通過(guò)對(duì)超重力強(qiáng)化O3/Fenton(O3/Fe(Ⅱ)/H2O2)體系處理苯酚廢水的研究發(fā)現(xiàn)，苯

6、酚降解率在O3/Fenton體系比O3體系要高出大約20％，并且在過(guò)氧化氫濃度為1.4 mM時(shí)達(dá)98％。當(dāng)超重力環(huán)境從8g增加至200g時(shí)，O3體系和O3/Fenton體系的苯酚降解率分別提高了0.6和0.3倍。在亞鐵濃度為0.17 mM、臭氧濃度為50 mg/L、過(guò)氧化氫濃度為1.1 mM、pH為6、旋轉(zhuǎn)填充床轉(zhuǎn)速為1000 rpm時(shí)，O3/Fenton體系的苯酚降解率達(dá)98.6％，BOD5/COD值由0.2增加至0.58。
　

7、　 (4)通過(guò)比較O3、O3/Fe(Ⅱ)、O3/H2O2以及O3/Fenton四種氧化體系的羥基自由基濃度與臭氧濃度之比（羥基自由基相對(duì)濃度）發(fā)現(xiàn)，催化劑的加入可提高羥基自由基相對(duì)濃度，氧化性催化劑H2O2的加入能同時(shí)提高羥基自由基相對(duì)濃度及自由基總存在量∫[·OH]dt;還原性催化劑Fe(Ⅱ)的加入能提高羥基自由基相對(duì)濃度，但同時(shí)會(huì)消耗氧化劑并降低自由基總存在量∫[·OH]dt。O3/Fenton體系的羥基自由基相對(duì)濃度是O3體系的

8、近80倍，其∫[·OH]dt提升約3倍。在臭氧濃度相同時(shí)，添加催化劑使之轉(zhuǎn)變?yōu)楦呒?jí)氧化體系能顯著提高氧化速率和降低選擇性，對(duì)于羥基自由基濃度也有明顯提升，高級(jí)氧化工藝的應(yīng)用可提高水處理過(guò)程效率、減小水處理設(shè)施的體積。
　　 (5)在pH=2時(shí)，在O3體系中添加Fe(Ⅱ)使部分苯酚降解中間產(chǎn)物苯醌被還原成對(duì)苯二酚，從而使對(duì)苯二酚在中間產(chǎn)物中所占比例上升;同時(shí)由于Fe(Ⅱ)加入使體系苯氧自由基等活躍的自由基增多，使O3/Fe(Ⅱ)體

9、系中產(chǎn)生少量鄰苯二甲酸二甲酯和一些聚合物。當(dāng)pH在7左右時(shí)，與酸性條件下相比，O3體系中苯酚降解中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物濃度有明顯下降，O3體系中只檢測(cè)到殘留的苯酚和少量的1，2-苯二酚、鄰苯二甲酸二甲酯和乙酸苯酯;O3/Fenton體系中除了少量殘留苯酚外幾乎沒(méi)有檢測(cè)到中間產(chǎn)物，這表明苯酚在O3/Fenton體系降解相對(duì)更為徹底，產(chǎn)物大多為小分子有機(jī)酸等，這也解釋了苯酚溶液經(jīng)O3/Fenton體系處理后BOD5/COD值相對(duì)于O3體系有大幅