UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水實(shí)驗(yàn)研究

司亞康，劉艷娟，韓永艷，師夢(mèng)閃

(1.河北海之潤(rùn)環(huán)境檢測(cè)有限公司，河北 唐山 063000；2.唐山學(xué)院，河北 唐山 063000；3.唐山曹妃甸協(xié)同發(fā)展研究院有限公司，河北 唐山 063000)

UV+H2O2法利用紫外光對(duì)有機(jī)物的破壞作用和本身的氧化作用及在紫外光的照射下產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的·OH，使該技術(shù)在含有處理難生物降解有機(jī)物的廢水處理方面具有較好的應(yīng)用前景[1-5]。國(guó)內(nèi)通常制備某種光化學(xué)催化劑，在紫外光的照射下降解有機(jī)物，存在成本高，不好實(shí)施的問題[6-8]。本文利用該方法對(duì)含酚廢水進(jìn)行預(yù)處理實(shí)驗(yàn)研究，研究廢水COD的去除規(guī)律，為難生物降解的廢水處理提供研究依據(jù)，且具有成本低，操作方便的優(yōu)勢(shì)，適合工程應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用的廢水為實(shí)驗(yàn)室模擬配水，0.839 g苯酚加入到1L水中，廢水COD 3158 mg/L，pH值8～9。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 單因素的實(shí)驗(yàn)

取廢水100 mL于200 mL燒杯中，置于磁力攪拌器上，控制一定的轉(zhuǎn)速，研究不同的加入H2O2溶液的濃度、pH值，反應(yīng)時(shí)間等影響因素對(duì)焦化廢水廢水COD和酚的去除效果，確定反應(yīng)的最佳工藝條件。

1.2.2 正交實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)了三因素四水平L16(43)正交實(shí)驗(yàn)表，以廢水COD的去除率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化最佳工藝條件。

1.3 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)及檢測(cè)方法

實(shí)驗(yàn)中主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)為COD，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[9]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)分析

2.1.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)廢水COD的去除效率的影響

含酚廢水pH值6，H2O2濃度50 mmol/L，改變反應(yīng)時(shí)間分別為30、90、120、180min對(duì)含酚廢水COD和酚的去除效果，結(jié)果見圖1。

由圖1可看出，廢水COD的去除率隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)了逐漸升高的變化趨勢(shì)，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為180min，廢水COD的去除率達(dá)到了48.4% ，后期的COD去除率增長(zhǎng)變的平緩。考慮到實(shí)際應(yīng)用，最佳的反應(yīng)時(shí)間為180min開展下步實(shí)驗(yàn)。

圖1 廢水COD去除效果隨反應(yīng)時(shí)間變化規(guī)律

2.1.2 含酚廢水pH值對(duì)廢水COD去除效率的影響

反應(yīng)時(shí)間180min，H2O2濃度50 mmol/L，改變廢水pH值分別為2、4、6、8對(duì)廢水COD的去除效果，結(jié)果圖2。

由圖2可知，含酚廢水COD去除率隨pH值的升高呈現(xiàn)了逐漸升高后略微下降的趨勢(shì)，在中性至偏堿性條件下效果較好，pH值為2時(shí)，廢水COD去除率為31.25%，pH值為6，廢水COD的去除率達(dá)到48.4%。催化劑H2O2具有很高的表面活性能，能夠迅速催化分解產(chǎn)生羥基自由基攻擊難降解的有機(jī)物分子，并使之轉(zhuǎn)化為H2O、CO2等無機(jī)物質(zhì)。從H2O2試劑的反應(yīng)機(jī)理來看，在強(qiáng)酸性的條件下，氧化反應(yīng)產(chǎn)生出有機(jī)酸和CO2使得反應(yīng)的速率降低；在堿性條件下可能與羥基自由基產(chǎn)生受到抑制有關(guān)。因此，實(shí)驗(yàn)中確定含酚廢水pH值為6開展下步實(shí)驗(yàn)。

圖2 廢水COD去除效果隨pH值變化規(guī)律

2.1.3 H2O2濃度對(duì)含酚廢水COD去除效果的影響

反應(yīng)時(shí)間180min，pH值6，H2O2濃度為10、30、50、70 mmol/L對(duì)廢水COD的去除效果，結(jié)果見圖3。

圖3 廢水COD去除效果隨H2O2濃度變化規(guī)律

由圖3可知，隨著H2O2濃度的增大，廢水COD的去除率呈上升后緩慢下降趨勢(shì)，H2O2濃度為50mmol/L時(shí)，廢水COD的去除率為48.4%。H2O2在紫外光照射下能分解成具有強(qiáng)氧化的羥基自由基，與廢水中的酚發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使廢水中的酚濃度降低，但加入的H2O2過多，由于過量的H2O2會(huì)與·OH反應(yīng)產(chǎn)生H2O和O2，而過量的·OH又會(huì)形成H2O2導(dǎo)致酚的去除效率下降。此外，溶液中過量的H2O2也會(huì)與·OH反應(yīng)生成過氧化羥基自由基(HO2·)，而HO2·的氧化性能則相對(duì)較弱[10]。實(shí)驗(yàn)確定H2O2濃度為50 mmol/L。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)分析

進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，因素水平表見表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和方差分析見表2。

表1 L34正交實(shí)驗(yàn)因素和水平設(shè)計(jì)

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于含酚廢水COD去除效果的影響因素的大小依次為：反應(yīng)時(shí)間>H2O2濃度>廢水pH值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水的最佳實(shí)驗(yàn)條件為A3B4C3，即廢水pH值6，反應(yīng)時(shí)間180min，H2O2濃度為50 mmol/L，在此條件下廢水COD去除率達(dá)到48.4%。

2.3 UV+H2O2、單一UV、H2O2對(duì)酚去除效果的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

在廢水pH值6，反應(yīng)時(shí)間180min，H2O2濃度為50 mmol/L條件下，比較了UV+H2O2、單一UV、H2O2分別去除苯酚的效果，結(jié)果見圖4。

圖4 不同工藝對(duì)廢水的去除效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)

從圖4 可看出，在上述的反應(yīng)條件下單一的UV、H2O2對(duì)酚的去除效率分別為6.0%和30.8%，均低于UV+H2O2方法達(dá)到的48.4%的去除效率，UV+H2O2方法由于紫外線和H2O2激發(fā)的·OH來降解苯酚。

2.4 實(shí)驗(yàn)問題提出

單因素及正交實(shí)驗(yàn)確定UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水，在含酚廢水pH值6，反應(yīng)時(shí)間180min，H2O2濃度位50mmol/L條件下對(duì)廢水COD去除率可達(dá)到48.43%，說明該方法對(duì)廢水中的疏水性有機(jī)的去除有很好的效果[11]。

另外，上述的實(shí)驗(yàn)室小試實(shí)驗(yàn)，燈管設(shè)計(jì)采用了在廢水處理裝置上一定距離照射，為進(jìn)一步增強(qiáng)光輻射的強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)中試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置的過程中應(yīng)考慮將紫外燈管設(shè)置于廢水處理裝置內(nèi)部，讓廢水直接接觸。

3 結(jié)論

(1)UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水的的影響因素的大小依次為：反應(yīng)時(shí)間>H2O2濃度>廢水pH值。

(2)單因素及正交實(shí)驗(yàn)確定UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水的最佳實(shí)驗(yàn)條件為含酚廢水pH值 6，反應(yīng)時(shí)間180min，H2O2濃度位50mmol/L，廢水COD去除率可達(dá)到48.43%。

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