UV/H2 O2用于中水回用預(yù)處理工藝試驗(yàn)研究

樂 毅

洗浴廢水具有水量大、污染輕、水質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，所含的污染物主要有人體皮膚分泌物、毛發(fā)、污垢、合成洗滌劑和香料，以及細(xì)菌、真菌、大腸桿菌和病毒等。洗浴廢水受污染嚴(yán)重的主要水質(zhì)參數(shù)有:陰離子洗滌劑、COD、濁度、BOD、細(xì)菌總數(shù)等。

針對(duì)洗浴廢水，本實(shí)驗(yàn)旨在采用 UV/H2O2高級(jí)氧化技術(shù)作為預(yù)處理工藝，氧化降解洗浴廢水中 LAS含量，考察H2O2投加量、pH值、光照時(shí)間、紫外燈光強(qiáng)對(duì) LAS降解率的影響。

1 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示。

裝有紫外燈的石英套管通過固定架豎直放入圓形玻璃反應(yīng)器中央，有效容積為 500mL。反應(yīng)器底部放置攪拌磁子，整個(gè)光反應(yīng)器置于磁力攪拌器之上。玻璃反應(yīng)器外壁罩一層鋁箔紙，既可防止其他光線的進(jìn)入，又可以提高紫外光的利用率。

1.2 試驗(yàn)方法

廢水水樣采用天津某高校學(xué)生宿舍洗浴廢水。LAS的測定采用亞甲藍(lán)分光光度法(與 GB 7494-87等效)[1]，COD的測定采用重鉻酸鉀法[2]。光強(qiáng)的測定采用草酸鐵鉀化學(xué)露光計(jì)法[3]。

試驗(yàn)采用間歇反應(yīng)的方式。將 500m L水樣置于反應(yīng)器中，用稀硫酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)模擬水樣的初始pH值。投加一定量濃度為 30%的 H2O2溶液，開啟攪拌器和 UV光源，開始計(jì)時(shí)，在適當(dāng)時(shí)間間隔內(nèi)取樣進(jìn)行分析。待反應(yīng)結(jié)束后，靜置一段時(shí)間，取上清液測定水樣的 LAS。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 H2 O2投加量的影響

H2O2投加量直接決定著氧化降解效果，為考察H2O2加入量對(duì)洗浴盥洗廢水處理效果的影響，在以下試驗(yàn)條件下改變H2O2投加量，不同 H2O2濃度下 LAS的去除率如圖2所示。

試驗(yàn)條件:1)原水 LAS的初始濃度為 127 mg/L，COD:169mg/L，取 500mL反應(yīng)溶液;2)原水 pH值不變;3)反應(yīng)時(shí)間為20min;4)UV功率為 0.751 2MW/cm2。

當(dāng) H2O2投加量為 0.2mL/L時(shí)，LAS的去除率最小為 45.5%，當(dāng) H2O2投加量提高到 1.0m L/L時(shí)，LAS的去除率增加到 93.2%，而 H2O2投加量提高到 1.4mL/L時(shí)，LAS的去除率僅增加到 93.5%。由圖 2中數(shù)據(jù)可知，隨著 H2O2投加量的增加，LAS的去除率也隨之增大，最后不再增加。

圖2中數(shù)據(jù)顯示，CODCr去除率隨 H2O2濃度的增加而升高，但去除率最高僅達(dá)到 33.0%。本實(shí)驗(yàn)光氧化處理洗浴盥洗廢水的 CODCr去除率不高，但 LAS去除率較高，說明了廢水中 LAS分子結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭到了分解破壞，只是有些僅變成一些易于降解的低分子中間有機(jī)化合物，有機(jī)物礦化程度較低，其中有些還易被K2Cr2O7分解而導(dǎo)致 CODCr去除率的起伏變化。

由圖 2可以看出，過量的雙氧水不能使 LAS的去除率增加，本著節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本的原則，通過實(shí)驗(yàn)確定最佳投加量具有很實(shí)際的意義。本試驗(yàn)條件下確定H2O2最佳的投加量為 1.0mL/L。

2.2 pH值的影響

通過前述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，水樣初始 pH對(duì)反應(yīng)影響非常重要。用H2SO4和 NaOH調(diào)節(jié)溶液 pH值，反應(yīng)時(shí)間 20min，在 H2O2最佳投加量已確定的條件下，測定不同pH值下 LAS的去除率，其他試驗(yàn)條件:UV功率 0.751 2MW/cm2;反應(yīng)器:500mL玻璃瓶;H2O2:1.0mL/L，結(jié)果見圖 3。

由圖 3可以看出，pH值變化對(duì)紫外光解氧化洗浴盥洗廢水LAS有很大影響。pH=7.2時(shí)，LAS的去除率最高，達(dá)到 80.5%。在酸性或堿性條件下(pH=2.5或 10時(shí))，去除率明顯受到抑制，即去除率達(dá)到一定程度后，不隨光解時(shí)間增加而變化。

實(shí)驗(yàn)說明 LAS光解的適宜 pH值范圍很窄，表現(xiàn)在中性或弱堿性(pH=7～8)條件下，UV/H2O2氧化過程對(duì) LAS有較高的去除效率。這一點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)廢水的處理較為有利。在不同的 pH值下溶液中的組分如質(zhì)子、OH-和有機(jī)離子等也影響氧化反應(yīng)速率。反應(yīng)對(duì) CODCr去除率較低，最高值僅為 23.2%。

2.3 反應(yīng)時(shí)間的影響

為了考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)氧化處理效果的影響，原水 LAS為107mg/L，在H2O2投加量為 1.0m L/L及其他反應(yīng)條件不變情況下，pH未調(diào)，反應(yīng)時(shí)間分別為 10 min，20 min，30 min，40 min，50min，60min，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到 LAS去除率和 COD去除率的關(guān)系(見圖 4)。由圖4中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)時(shí)間對(duì)氧化處理的影響與前述實(shí)驗(yàn)廢水趨勢相近。可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，水中LAS和 COD降解速率逐漸加大，反應(yīng) 1h后，LAS去除率可達(dá) 91.2%以上，到 40min后隨光照時(shí)間增加，LAS去除率增長緩慢。從圖 4中可以看出相對(duì)于 LAS去除率，CODCr去除率明顯較低，實(shí)驗(yàn)同樣表明廢水中 LAS分子結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭到了分解破壞，只是有些僅變成一些易于降解的低分子中間有機(jī)化合物，有機(jī)物礦化程度較低，CODCr去除率偏低。反應(yīng)在 20m in時(shí)，LAS去除率就已經(jīng)達(dá)到了73.6%，而在 30m in時(shí) LAS去除率僅提高到 82.4%，從經(jīng)濟(jì)和效果兩方面考慮，UV/H2O2法處理洗浴盥洗廢水的反應(yīng)時(shí)間可以縮短到 20m in。

2.4 功率的影響

本實(shí)驗(yàn)采用功率為 0.751 2 MW/cm2，1.77 MW/cm2，2.56MW/cm2的紫外燈對(duì)體系進(jìn)行照射，考察不同功率下 LAS降解的去除率和 COD去除率的比較。實(shí)驗(yàn)條件:LAS:135mg/L，H2O2投加量為 1.0mL/L，反應(yīng)時(shí)間 20m in，反應(yīng)器為 1 000mL玻璃杯。一般在低光強(qiáng)不大于 1×10-5mol/(m2?s)時(shí)，有機(jī)物降解速率與光強(qiáng)成線性關(guān)系。光照強(qiáng)度增加，可促進(jìn)激發(fā)態(tài)分子發(fā)生化學(xué)退激。由圖 5中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)其他反應(yīng)條件不變時(shí)，紫外燈照射功率由 0.751 2MW/cm2提高到 1.77MW/cm2時(shí)，LAS去除率由 80.9%增加到 87.8%，增加了 6.9%;而紫外燈照射功率由 1.77MW/cm2提高到 2.56MW/cm2時(shí)，LAS去除率由 87.8%增加到 88.4%，僅增加了 0.6%。從這里可以看出，對(duì)于某一特定污染物光氧化降解，提高光照強(qiáng)度不一定是最有效的辦法。由于增加紫外燈的照射功率，需要增加電耗，增加運(yùn)營成本，所以從經(jīng)濟(jì)和效果兩方面考慮，本實(shí)驗(yàn)條件下，UV/H2O2法處理洗浴盥洗廢水的紫外燈照射功率宜為 11W。

從圖 5可以看出，紫外燈照射功率由 0.751 2 MW/cm2提高到 1.77MW/cm2時(shí)，紫外光對(duì)廢水COD去除率的提高幅度明顯高于LAS去除率的提高幅度。另外，相對(duì)于 H2O2投加量、pH值的影響，提高 UV輻射功率對(duì)COD去除率影響較大。

3 結(jié)語

1)UV/H2O2氧化處理洗浴盥洗廢水取得了令人滿意的效果。當(dāng) H2O2濃度為 1.0m L/L，反應(yīng)時(shí)間為 20min，溫度為室溫時(shí)，COD去除率和 LAS去除率分別達(dá) 27.8%和 85.6%。2)隨著反應(yīng)中H2O2投加量增加，LAS和 COD的去除率也相應(yīng)增加，對(duì)于洗浴盥洗廢水存在一個(gè) H2O2最佳投加量。超過這個(gè)最佳量，LAS和COD的去除率增加幅度較小。3)LAS的去除適宜在中性和偏堿性條件下進(jìn)行，介質(zhì)在酸性或堿性對(duì)氧化降解不利。4)隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，水中 LAS和 COD降解率逐漸增加，反應(yīng) 20min以后降解率隨時(shí)間增長緩慢。5)光照強(qiáng)度的增大對(duì)洗浴盥洗廢水LAS降解率影響不大。但對(duì)于去除COD來說，相對(duì)于改變其他影響因素，提高光照強(qiáng)度能夠較明顯提高 COD降解率。6)試驗(yàn)對(duì)CODCr去除率明顯低于對(duì) LAS去除率，UV/H2O2氧化法處理洗浴盥洗廢水對(duì)CODCr去除效果較低。

[1] 國家環(huán)保局.水質(zhì)陰離子表面活性劑的測定——亞甲藍(lán)分光光度法[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1987.

[2] 國家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1997.

[3] 顧 平，顏育平.紫外線光源的光強(qiáng)測定方法[J].中國給水排水，1993，9(4):39-42.