臭氧催化剂处理煤化工高盐废水实验

      我国煤炭使用量占一次能源70% 以上，煤化工行业主要集中在我国华北和西北地区，水资源呈现“西少东多，北贫南富”的分布特征，煤炭资源90%位于我国北方，而北方水资源只占国内总水量的21%，水环境容量不足，缺乏纳污水体，因此国家对煤化工行业提出了废水“零排放”要求。本文以煤化工高盐废水为研究对象，包括循环水排污水、给水系统浓水、煤气化工艺废水等，以上废水经过预处理和反渗透多级高倍浓缩后形成了高盐废水，具有有机物成分复杂、可生化性差、色度高和含盐量高等特点。目前煤化工行业普遍将高盐废水直接蒸发结晶，产生的杂盐属于危废。

      催化臭氧氧化技术是一种高效深度处理技术，在反应过程中产生的·OH 具有氧化能力强且不具有选择性的特点，可有效提高废水的处理效果。目前研究很普遍的固体催化剂是在活性炭、活性氧化铝等载体表面负载金属氧化物，此类催化剂处理废水效果好，但存在活性组分流失严重、磨损大等问题，因此很难应用于实际工业中。此外，目前关于催化臭氧氧化法机理研究多数是通过加入叔丁醇等捕收剂来考察有机物去除率，间接地反映·OH产量。本研究选择以陶土和氧化铝为基材，掺杂活性组分，制备机械强度高、耐磨性好的催化剂进行实验，并通过测定臭氧分解、直接定量测定·OH 浓度以及表征催化剂表面羟基探究催化臭氧氧化机理。

臭氧催化剂处理煤化工高盐废水实验装置
 

结论

1) 自制催化剂抗压强度为1685 N，45 d 磨损率为1. 67%，性能优于市售颗粒活性炭和氧化铝球。

2) 采用自制催化剂催化臭氧氧化煤化工高盐废水，在pH = 8. 1，催化剂投加量为7 g /L，臭氧投加量为13 mg /min 的条件下，COD 和色度去除率分别为45%和85%，满足ρ( COD) ≤200 mg /L，色度≤15 倍的后续分盐结晶要求。

3) 臭氧在催化剂表面分解的关键因素是催化剂活性位点———表面羟基，通过傅里叶红外光谱分析可知催化剂表面存在羟基基团; 催化臭氧分解速率高于单独臭氧分解速率，在相同时间内催化剂能促进臭氧分解产生更多的·OH。由此可知，催化臭氧氧化机理遵循羟基自由基反应机理: 臭氧吸附于催化剂表面活性位点生成·OH，从而促进降解有机物。