臭氧-过氧化氢氧化预处理H 酸废水

作者:姚玉婷 李…    文章来源:工业用水与废水    点击数:4718    更新时间:2012-10-31

摘要:采用工业生产中排放的H酸废水作为研究对象,探讨了臭氧-H2O2氧化的预处理方法对该废水的处理效果。结果表明:在单独臭氧氧化反应体系中,初始CODCr的质量浓度为1 200 mg/LpH 值为7,臭氧氧化时间在20 min(通量为1 L/min)时,CODCr和色度去除率分别为36795%。单独H2O2氧化反应体系中,H2O2投加量为8 mL/L 时,CODCr去除率为77%,H2O2投加量达到60 mL/L 时,CODCr去除率最高仅达到256%。臭氧-H2O2联用体系中,相同初始CODCr浓度、pH 值、臭氧氧化时间及臭氧通量条件下,质量分数为3H2O2溶液投加量为8 mL/L 时,CODCr和色度去除率分别可达48898%。因此,臭氧-H2O2氧化的预处理方法对H 酸废水降解效果良好,且明显优于单独臭氧氧化以及单独H2O2氧化。

关键词:H 酸废水;臭氧氧化;H2O2氧化;CODCr

中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2455201201-0024-04

Pretreatment of H acid wastewater by ozone- hydrogen peroxide oxidation process

YAO Yu-tingLI Zhan-chen

AbstractTaking H acid wastewater discharged from industrial production process as the research object, the effect of ozone-H2O2 oxidation process on the pretreatment of the said kind of wastewater was discussed.The results showed that: in sole ozone oxidation reaction system, when the initial mass concentration of CODCr was 1 200 mg/L, the pH value was 7 and the oxidation time was 20 min (ozone flux was 1 L/min), the removal rates of CODCr and colority were 36.7% and 95% respectively;in sole hydrogen peroxide oxidation reaction system, with hydrogen peroxide dosage of 8 mL/L and 60 mL/L, the removal rates of CODCr were 7.7% and 25.6% respectively;and in the ozone-H2O2 oxidation combined system, when the dosage of the H2O2 with mass fraction of 3% was 8 mL/L, the removal rates of CODCr and colority were 48.8% and 98% respectively under the condition which was the same as the that of the sole ozone oxidation reaction system.It could be seen that, using ozone-H2O2 oxidation process to pretreat H acid wastewater could get a satisfying effect, which was obviously superior to that of using ozone oxidation or H2O2 oxidation process separately.

KeywordsH acid wastewater;ozone oxidation;H2O2 oxidation;CODCr

H 酸(1-氨基-8-萘酚-36-二磺酸)为无色晶体,微溶于冷水,溶于纯碱和烧碱等碱性溶液中,是重要的染料中间体[1]H 酸单钠盐主要用于生产直接、酸性、活性染料及偶氮染料,以其为原料可生产近百种重要的染料品种,这些染料用于毛纺、棉织物的染色,也用于制药工业,近年来很受国内外企业青睐[2]

H 酸废水CODCr浓度高、含盐高、对微生物具有很大的毒性[3],目前,对于此类萘系染料中间体废水的处理方法主要有萃取法、吸附法、浓缩法、碳化和焚烧法、膜分离法、化学氧化法、电解法以及生化法等[4]。大多数该类废水不易生物降解,含有大量难降解大分子有机物,不宜直接采用生化法处理。因此,有效的预处理过程对该废水的降解起到关键作用。本试验所研究的是臭氧-H2O2氧化的预处理方法对H 酸废水的处理效果。

1 材料与方法

11 试验装置和基本原理

臭氧氧化反应装置如图1,臭氧发生器的流量速率为1 L/min

1 臭氧氧化反应装置

Fig.1  Ozone oxidation reaction device

臭氧是一种强氧化剂,在水处理中被广泛应用,它能与芳香族偶氮类化合物反应,破坏其偶氮键,从而将其分解。臭氧氧化有很好的杀菌、消毒性质和极高的氧化水中有机物的能力[5],可以去除水处理工艺难以去除的物质,氧化反应完全、速率快,效率高,不产生污泥,不会造成二次污染[6]

臭氧在水溶液中的氧化作用取决于其分解条件和机理。臭氧在水中能形成具有强氧化作用的·OH,而H2O2在反应过程中生成的·OH 对氧化效果有明显的加强作用[7-9]

1.2 废水水质

本试验所处理废水为河北省故城县某企业H酸生产废水,CODCr的质量浓度为1 200 mg/L,色度为6 250 倍,pH 值为73

13 试验仪器和试剂

氧气瓶、臭氧发生器、有机玻璃柱、德国夸克(AQUALYTICCOD 测定仪、烧杯若干、移液管若干、容量瓶若干。

质量分数为3H2O2溶液;重铬酸钾标准溶液(c1/6 K2Cr2O7 0250 0 mol/L);硫酸银-硫酸溶液(每75 mL 硫酸中含硫酸银1 g)。

1.4 试验方法

H 酸废水中通入一定量的臭氧,对其进行氧化处理。通过改变废水初始CODCr浓度、初始pH 值、臭氧氧化时间、H2O2投加量等因素,考察其对废水CODCr去除率的影响,获取最佳的反应条件,实现对H 酸废水良好的预处理效果。

1.5 分析方法CODCr

浓度采用重铬酸钾氧化法;色度采用稀释倍数法。

2 结果与讨论

21 单独臭氧氧化降解H 酸废水

211 水样初始CODCr的影响

取初始CODCr质量浓度分别为4 0002 4001 200800500300 mg/L 的废水水样,调节各水样pH 值为7,测定各水样的色度值,再分别对水样用流量为1 L/min 的臭氧进行氧化处理20min。测定处理后各水样CODCr和色度去除率,结果如图2 所示。

2 初始CODCr浓度对CODCr和色度去除率的影响

Fig.2  Influence of initial CODCr concentration on CODCr and colority removal

由图2 可知,CODCr的去除率随初始CODCr浓度的增大而逐渐降低。初始质量浓度为1 200 mg /L 时,CODCr的去除率为367%,色度去除率达到95%。分析原因,水样浓度过高可能会抑制·OH 的产生。选取CODCr的质量浓度为1 200 mg/L 作为以下试验的条件。

212 臭氧氧化时间的影响取初始CODCr

的质量浓度为1 200 mg/L 的水样,色度为6 250 倍,pH 值为7,用流量为1 L/min 的臭氧对其进行氧化处理。分别在臭氧氧化时间为0251015202530 min 时取样,分别测定各时间所取水样的CODCr浓度、色度和pH 值。臭氧氧化时间对水样CODCr和色度去除率以及pH 值的影响如图3、图4 所示。

由图3 可知,水样CODCr和色度的去除率随着臭氧氧化时间的增加而升高,20 min CODCr去除率达到367%,色度去除率为95%。在氧化反应进行20 min 后,CODCr和色度去除率的升幅均明显减缓,综合考虑,选择20 min 作为试验氧化时间。

3 臭氧氧化时间对CODCr和色度去除率的影响

Fig.3  Influence of ozone oxidation time on CODCr and colority removal

4 臭氧氧化时间对pH 值的影响

Fig.4  Influence of ozone oxidation time on pH value

由图4 可知,溶液的pH 值随氧化时间的增加不断降低,从10 min 开始趋于平稳,整个过程中溶液pH 值在73 38间,其原因可能为溶液中有机酸的生成导致溶液酸性增强。

213 水样初始pH 值的影响取CODCr

的质量浓度为1 200 mg/L H 酸废水,分别将pH 值调为5678910,用流量为1 L/min 的臭氧对其氧化处理20 min,分别测定CODCr浓度和色度。溶液初始pH 值对CODCr和色度去除率的影响如图5 所示。

5 初始pH 值对CODCr和色度去除率的影响

Fig.5 Influence of initial pH value on CODCr and colority removal

由图5 可知,当溶液呈酸性时,去除效率明显偏低,溶液呈中性或偏碱性时处理效果比较理想。而随着初始pH 值的增大,CODCr和色度去除率均逐渐增加,水样初始pH 值为7 时,CODCr的去除率为367%,色度去除率为95%;水样初始pH 值为10 时,CODCr去除率达到519%,色度去除率达到98%。

22 单独H2O2氧化降解H 酸废水

5 CODCr的质量浓度为1 200 mg/L 的水样,色度为6 250 倍,pH 值为7。分别向各水样中加入质量分数为3H2O2溶液01020305080 mL/L,静置氧化处理30 min,水样色度均无明显变化。水样的CODCr去除率如图6 所示。

6 H2O2溶液投加量对CODCr去除率的影响

Fig.6 Influence of H2O2 dosage on CODCr removal

如图6 所示,随着H2O2投加量的增加,水样CODCr去除率有所增加,H2O2投加量为8 mL/L 时,去除率为77%,投加量达到60 mL/L 时,去除率最高仅达到256%,去除效率变化不明显,而试验过程中水样色度也无明显变化,可见,单独的H2O2氧化处理H 酸废水效果不理想。

23 臭氧-H2O2联用降解H 酸废水

5 CODCr的质量浓度为1 200 mg/L 的水样,色度为6 250 倍,pH 值为7,分别加入质量分数为3H2O2溶液024812 mL/L,分别用流量为1 L/min 的臭氧对其氧化处理20 min,各水样的CODCr和色度去除率如图7 所示。

从图7 中可以看出,CODCr的去除率随着过氧化氢溶液投加量不断变化,当H2O2溶液的投加量为8 mL/L 时,对H 酸废水的处理效率最佳,在臭氧氧化20 min CODCr的去除率达到488%。在H2O2的催化下,色度的去除率均在90以上,投加量为8 mL/L 时达到98%,综合考虑,选择8mL/L 为最佳投加量。

综上所述,臭氧-过氧化氢氧化的预处理方法对H 酸废水降解效果良好,且明显优于单独臭氧氧化以及单独过氧化氢氧化。

7 H2O2溶液投加量对CODCr和色度去除率的影响

Fig.7 Influence of H2O2 dosage on CODCr and colority removal

3 结论

1单独臭氧氧化处理H 酸废水,影响因素包括水样初始CODCr值、初始pH 值和臭氧氧化时间。经过试验可知,初始CODCr的质量浓度为1 200mg/L 的废水,用流量为1 L/min 的臭氧进行氧化处理,初始pH 值为7,改变氧化时间,在20 min时,CODCr去除率达到367%,色度去除率达到95%;氧化时间为20 min,改变水样初始pH 值,在初始pH 值为10 时,CODCr去除率达到519%,色度去除率达到98%。

2单独H2O2氧化处理H 酸废水,H2O2投加量为8 mL/L 时,去除率为77%,投加量达到60mL/L 时,去除率最高仅达到256%,去除率变化不明显,而试验过程中水样色度也无明显变化,可见,单独的H2O2氧化处理H 酸废水效果不理想。

3用臭氧-H2O2氧化法处理H 酸废水时,初始CODCr的质量浓度为1 200 mg/L、初始pH 值为7 的废水,当H2O2溶液的投加量为8 mL/L 时,用流量为1 L/min 的臭氧进行氧化处理20 minCODCr去除率可达488%,色度去除率达到98%。可见,臭氧-H2O2氧化的预处理方法对H 酸废水降解效果良好,且明显优于单独臭氧氧化以及单独的H2O2氧化。

参考文献:

[1] 徐中勋.精细有机化工原料及中间体手册[M]北京:化学工业出版社,1998.

[2] 陈拥军,窦和瑞,孙承林,等.湿式空气氧化处理高浓度H 酸废水的研究[J]化学工业与工程,2002194):292296

[3] 韩文亚,祝万鹏,杨志华.124 酸生产废水资源化技术研究[J]环境污染与防治,2002242):6568

[4] 毕亚凡,李庆新,刘煦晴.H 酸废母液的资源化处理技术研究[J]环境科学与技术,2003264):3335

[5] 徐静圆,田永华,万兰玉,等.臭氧氧化印染废水中有机污染物的特性研究[J]环境科学导刊,2009286):6264

[6] 王娟,范迪.臭氧氧化法深度处理造纸废水试验研究[J]工业水处理,2009291):3335

[7] 郑爽,董国华,王健,等.用催化湿式过氧化氢氧化法降解间硝基苯磺酸钠的影响因素[J]吉林大学学报,2008463):560564

[8] 于衍真,谭娟,冯岩臭氧组合工艺在水处理中的应用[J]工业用水与废水,2008393):8-11

[9] 郑广宏,于蕾,夏邦天,等臭氧技术处理印染废水研究进展[J]工业用水与废水,2009402):610

作者简介:姚玉婷(1987-),女,河北霸州人,硕士研究生在读,主要研究方向为水污染控制工程。

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