基于光催化法的焦化廢水處理技術(shù)研究

陳安才

（拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆 阿克蘇 842300）

0 引言

焦化廢水是一種在煉焦過程中產(chǎn)生的液體，其含有大量的酚、胺等污染物，在排放前需要經(jīng)過凈化處理，否則將對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。目前焦化廢水常用的凈化方法包括厭氧-缺氧-好氧法、電化學(xué)氧化法、膜分離法等[1]。但隨著環(huán)保要求的不斷提高，現(xiàn)有的凈化體系存在著凈化效率低、成本高、凈化不徹底等問題，難以滿足高效凈化處理需求。

結(jié)合焦化廢水的特性，提出了一種新的基于光催化法的焦化廢水處理技術(shù)，以二氧化鈦為光反應(yīng)催化劑，以多壁碳納米管（MWCNTs）作為催化劑載體[2]，以過氧化氫為電子俘獲劑實(shí)現(xiàn)了對焦化廢水的深處理。本文重點(diǎn)對不同試劑組合下的基于光催化法的焦化廢水處理效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，當(dāng)MWCNTs摻雜率為0.5%、催化劑（TiO2/MWCNTs）質(zhì)量濃度為1.0 g/L、雙氧水用量為1.50 mL/L 時(shí)具有最佳的凈化效果，此時(shí)對水中COD 的除去率達(dá)到了52.4%，對水中UV254的除去率達(dá)到了78.8%，有效提升了對焦化廢水的深化處理效果。

1 試劑與設(shè)備準(zhǔn)備

為了確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，對試驗(yàn)用的試劑和設(shè)備提出了較高的要求，因此在進(jìn)行充分分析后，采用了純度為99.6%的多壁碳納米管（MWCNTs）試液、純度為30%的過氧化氫試液。過氧化鈦采用了隨用隨制的方案，首先將10 mL 的鈦酸四丁酯以及20 mL 的酒精和0.2 g 的CTMAB（十六烷基三甲基溴化銨）完全混合，然后加入5 g 的CH3COOH，靜置后形成溶液A。利用10 mL 酒精和2 mL 的蒸餾水混合后加入硝酸，將溶液的pH 值調(diào)節(jié)為2，靜置后形成溶液B。然后把兩種溶液混合，攪拌形成溶膠，待干燥后將其放入馬弗爐中烘干，形成過氧化鈦粉末[3]。

反應(yīng)時(shí)的光化學(xué)反應(yīng)采用了XPA-7 型化學(xué)反應(yīng)儀，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。對污水中COD 值的測定采用了日本島津公司的測定儀，對UV254的測定則采用了北京普析通公司的TU-1901 型測試儀[4]。

圖1 XPA-7 型光化學(xué)反應(yīng)儀

2 MWCNTs 摻雜率對凈化效果影響分析

對摻雜率分別為0、0.25%、0.5%、1.0%情況下的MWCNTs 對焦化廢水凈化效果的影響進(jìn)行分析，在進(jìn)行對比驗(yàn)證時(shí)過氧化氫的加入量控制在1.6 mL/L，過氧化鈦的添加量為1 g/L，所使用的焦化廢水的pH 值為7.9。不同摻雜率情況下對水中COD 的凈化效果如圖2-1 所示，對UV254的凈化效果如圖2-2 所示。

圖2 不同摻雜率對污水凈化效果分析

由實(shí)際測試結(jié)果可知，當(dāng)摻雜率在0～0.5%的情況下，污水中COD 的去除率隨著摻雜率的增加而變大，最大為45.1%。污水中UV254的去除率隨著摻雜率的增加而變大，最大為67.8%。當(dāng)摻雜率繼續(xù)增加的情況下，污水中COD 的去除率和UV254的去除率則隨著摻雜率的增加而逐步降低[5]。這主要是由于，過量的MWCNTs 會產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致其無法分散，進(jìn)而降低了溶液對光的吸收率，影響了整體的反應(yīng)效果。

3 催化劑（TiO2/MWCNTs）含量對污水凈化效果影響

選擇MWCNTs 的摻雜率為0.5%，過氧化氫的加入量控制在1.6 mL/L，焦化廢水的pH 值為7.9，反應(yīng)時(shí)間為150 min 的情況下對不同催化劑添加量對廢水的凈化效果進(jìn)行分析，催化劑（TiO2/MWCNTs）的添加量分別為0、0.5、1.0、1.5 g/L。不同催化劑含量情況下對水中COD 的凈化效果如圖3-1 所示，對UV254的凈化效果如圖3-2 所示。

圖3 不同催化劑含量對污水凈化效果分析

由實(shí)際測試結(jié)果可知，當(dāng)催化劑質(zhì)量濃度在0～1.0 g/L 的情況下，污水中COD 的去除率隨著催化劑含量的增加而變大，最大為45.3%。污水中UV254的去除率隨著催化劑含量的增加而變大，最大為68.1%。當(dāng)催化劑含量繼續(xù)增加的情況下，污水中COD 的去除率和UV254的去除率則隨著催化劑含量的增加而逐步降低。這主要是由于過量的催化劑會產(chǎn)生大量的懸浮顆粒[6]，導(dǎo)致溶液反應(yīng)時(shí)對光的利用率下降，影響了凈化效果。

4 過氧化氫含量對污水凈化效果影響

選擇MWCNTs 的摻雜率為0.5%，焦化廢水的pH值為7.9，催化劑（TiO2/MWCNTs）的添加量為1.0 g/L，反應(yīng)時(shí)間為150 min 的情況下對不同過氧化氫含量對廢水的凈化效果進(jìn)行分析。過氧化氫的用量分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0 mL/L。不同過氧化氫用量情況下對水中COD 的凈化效果如圖4-1 所示，對UV254的凈化效果如圖4-2 所示。

圖4 不同過氧化氫含量對污水凈化效果分析

由實(shí)際測試結(jié)果可知，當(dāng)過氧化氫用量在0～1.5 mL/L 的情況下，污水中COD 的去除率隨著過氧化氫含量的增加而變大，最大為52.4%。污水中UV254的去除率隨著過氧化氫含量的增加而變大，最大為78.8%。當(dāng)過氧化氫含量繼續(xù)增加的情況下，污水中COD 的去除率和UV254的去除率則隨著過氧化氫含量的增加而逐步降低。這主要是由于過氧化氫不但是電子的受體，而且還是氫氧根的清除劑[7]，但含量高時(shí)過氧化氫和氫氧根反應(yīng)生成水和氧氣，進(jìn)而降低了在催化反應(yīng)時(shí)的氧化效率，因此影響了對水中污染物的凈化效果。

5 結(jié)論

針對現(xiàn)有的焦化廢水處理方案所存在的凈化效果差的不足，提出了一種以TiO2/MWCNTs 復(fù)合光催化劑為核心的焦化廢水處理方案，對該方案的測試設(shè)備、試劑要求及不同工況下對廢水中COD 的去除率、UV254的去除率進(jìn)行了研究。

結(jié)果表明，當(dāng)MWCNTs 摻雜率為0.5%、催化劑（TiO2/MWCNTs）含量為1.0 g/L、雙氧水用量為1.50 mL/L時(shí)對水中COD 的除去率達(dá)到了52.4%，對水中UV254的除去率達(dá)到了78.8%。與傳統(tǒng)凈化處理方案相比，對COD 的去除率增加了11.4%，對UV254的除去率增加了18.8%，極大地提升了焦化廢水的處理效果和環(huán)保性。