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活性炭强化臭氧氧化丙烯酸及酯废水的研究

——控制实验条件该类废水的COD去除率达93.6%以上

丙烯酸及酯废水成分复杂，有机污染物含量高，其COD高达50～55g/L，呈强酸性且不易生物降解，如不加以处理随意排放将对环境造成很大危害。目前常用的处理方法有焚烧发、湿式催化氧化法和生化法。焚烧发及湿式催化氧化法能耗高，对设备材质要求严格，相比之下，生化法因操作条件温和、运行成本低廉逐渐受到人们的重视。经生化处理后，废水COD仍远大于60mg/L的排放标准，因此要求研究者开发各种深度处理技术。笔者曾做过一些研究工作，发现臭氧氧化工艺对该类废水的处理较为有效，但仍然存在CDo去除不充分以及反应时间过长的问题，故继续探索如何强化臭氧氧化工艺，以期为丙烯酸及酯废水的深度处理提供有益参考。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

废水来源：某企业丙烯酸及酯废水经生化处理后的出水，水质情况见表1.

试剂：柱状活性炭（直径1～2mm，高3～5mm）、H₂SO₄、NaOH，实验用水为自制去离子水。

仪器：BDO-Track测定仪、DRB200消解器、DR2800分光光度计，美国哈希公司；NP020P-S-2臭氧发生器，山东绿邦光电设备有限公司；臭氧氧化反应器，自制。

1.2 实验方法

（1）柱状活性炭预处理。柱状活性炭使用前先用去离子水清洗干净，烘干，用10陪体积的丙烯酸及酯废水浸泡24h，最后弃去废水，柱状活性炭备用。该过程是为了尽可能消除臭氧氧化时柱状活性炭的单一吸附行为对去除废水COD的影响。

（2）操作过程。实验制备由空气源臭氧发生器和臭氧氧化反应器两部分组成。臭氧氧化反应器是尺寸为D12cm×30cm的有机玻璃柱，两端由封头密封，底端封头上安装有钛合金曝气头和排液口，柱内填装15cm高度的活性炭。实验时取1.8L废水，先去除碱度（用浓硫酸调节pH至2，再用NaOH溶液回调pH为5），将废水注入反应器后开启臭氧（臭氧质量浓度为20mg/L，臭氧化空气流量3.5L/min），同时在柱外用蠕动泵循环废水（流量360mL/min）以实现柱内气—水逆流。反应2h后从排液口取样测定COD。

2 结果与讨论

2.1 碱度及强化措施对COD去除效果的影响

考察了碱度、强化措施（装填填料、废水柱外循环）对COD去除效果的影响，结果见图1.由于无填料时气—水能充分混合，所以在此情况下不再柱外循环废水。

从图1可以看出，无填料时去除碱度对进一步降低废水COD有利，这与文献[4]报道一致。原因是碱度作为HO·的捕获剂可抑制HO·的产生，还能终止HO·与有机污染物的自由基链式反应，因此去除碱度是必要的。但在无填料+去除碱度条件下仍要反应4h，废水COD才能降到57mg/L。采取强化措施（装填活性炭及废水柱外循环）后，反应1、2h时废水的COD分别降到70、35mg/L�？杉�，强化措施对废水COD的较快去除有利，能使反应时间至少缩短2h。

2.2 废水柱外循环流量对COD去除效果的影响

装填15cm活性炭，去除废水碱度，开启臭氧并柱外循环，考察废水柱外循环流量对COD去除效果的影响，结果见图2.

从图2可见，随着废水柱外循环流量从0增加到360ml/min，出水COD由140mg/L降低到35mg/L。继续增加柱外循环量至540ml/min时，废水COD无明显降低�？悸窃诵谐杀炯按硇Ч�，柱外循环量以360ml/min为宜。

对比图1、图2可见，投加活性炭而没有废水柱外循环时，不能明显降低废水COD，同时实验出现气泡沟流现象，气体分布很不均匀�？赡苁腔钚蕴康拇呋饔糜胛锪匣旌喜怀浞值淖饔孟嗟�，导致废水COD不能明显降低。当投加活性炭又有废水柱外循环后，废水循环流量≥90mL/min能使物料很好的混合传递，加上活性炭的催化作用，使COD明显降低。

2.3 活性炭填装高度对COD去除效果的影响

在去除碱度+柱外循环条件下，随着活性炭装填高度从0增加到15cm，出水COD由142mg/L降到35mg/L，呈现明显降低的趋势，可见在废水柱外循环以保证物料很好的混合的前提下，活性炭的催化作用能够体现出来。继续增加填装高度到20cm时，出水COD仅降到30mg/L，降低趋势偏缓�？悸堑皆诵谐杀�，活性炭装填高度以15cm为宜。

2.4 臭氧质量浓度对COD去除效果的影响

在装填15cm活性炭+柱外循环条件下，考察臭氧质量浓度为10、15、20、25mg/L时废水COD的去除情况。实验发现，COD残余量随臭氧质量浓度的升高逐渐降低，分别为74、56、35、28mg/L�？悸窃诵谐杀炯按硇Ч�，臭氧质量浓度以20mg/L为宜。

2.5 稳定性实验

为了验证废水处理工艺的稳定性并考察操作误差对实验结果的影响，在1.2 实验条件下，重复实验10次，结果见图3。

从图3可见，反应1h后废水COD稳定在60～80mg/L，反应2h后废水COD稳定在30～40mg/L。由此可见，对于生化处理后的丙烯酸及酯废水，该深度处理工艺反应2h后能够保证出水COD<60mg/L。

3 结论
对于生化处理后的丙烯酸及酯废水，可以采用活性炭强化臭氧氧化工艺进行处理。实验条件为：废水去除碱度（浓硫酸调节pH至2，再用NaOH溶液回调至5）、活性炭填装高度15cm、臭氧化空气流量和臭氧质量浓度分别为3.5L/min和20mg/L、废水柱外循环流量为360mL/min、气—水逆流，在此条件下反应2h后，废水COD可由550mg/L降至35mg/L。