臭氧高级催化氧化对高盐废水难降解有机物的影响

臭氧高级催化氧化对高盐废水难降解有机物的影响

 

        煤化工废水“零排放”过程中，会产生大量高盐废水，废水成分复杂、色度大、化学需氧量（COD）及溶解性总固体（TDS）高，其中COD达100mg/L~5000mg/L，TDS达10000mg/L-200000mg/L。高盐废水中有机物易导致“零排放”过程中膜的污堵、蒸发结晶盐品质差、杂盐率高等问题，因此必须有效去除煤化工高盐废水中的有机污染物，降低其对后续系统的影响，保证膜及蒸发结晶单元的正常运转。 

 

        去除废水中难降解有机物的方法有生物法、电解法、化学氧化法及高级氧化法等。其中生物法、电解法及化学氧化法在去除废水中难降解有机物的同时会产生二次污染；而高级氧化法是通过产生羟基自由基（·0H）的方式，氧化去除水中难降解有机污染物，且不会产生二次污染。高级氧化法包括紫外芬顿氧化法、化学芬顿氧化法、光催化氧化法及臭氧催化氧化法等，其中臭氧催化氧化法利用臭氧在催化剂作用下产生的高活性·OH与难降解有机污染物快速反应，高效去除难降解物质，具有操作简单、氧化效率高的优点。臭氧催化氧化法的核心为臭氧催化剂，高效的臭氧催化氧化剂可提高生成·OH的速率，进而提高难降解有机物的去除率。

 

        Y.Z.PI等以Cu0/Al2O3为臭氧催化剂氧化降解草酸溶液，与纯臭氧氧化相比，其对总有机碳（TOC）的去除率提高了30%；陈炜或等以Fe2O3为活性组分制备臭氧催化剂降解煤化工废水，研究了不同工艺条件对COD去除率的影响；R.ROSAL等以MnO2/Al2O3为臭氧催化剂氧化降解非诺贝酸，其中·OH产生速率是单独臭氧氧化时的8倍；陈志伟等以Mn02/陶粒为臭氧催化剂氧化降解废水，COD去除率达40%。上述研究表明，臭氧催化氧化技术对废水中难降解有机物具有良好的去除效果，但关于其在煤化工高盐废水难降解有机物的去除方面仍缺乏探索。

 

        为探索臭氧催化氧化法降解煤化工高盐废水有机物的规律，本文采用浸渍一焙烧法制备催化剂，研究载体、活性组分对COD去除率的影响，优选出最佳臭氧催化剂；并以某煤化工企业高盐废水为实验水样，探讨不同工艺参数（有无催化剂、臭氧通气量、臭氧浓度、催化剂投加量）对COD去除率的影响，确定最佳工艺条件；最后探讨臭氧催化氧化反应的动力学，确定反应速率常数，以期为臭氧催化氧化技术在煤化工高盐废水中的广泛应用提供技术参考和借鉴。

 

主要仪器、试剂和原料：

仪器：臭氧发生器、蠕动泵、反应柱、COD测定仪、pH计、分析天平等。

试剂：活性氧化铝、陶粒、COD测定专用试剂（连华科技）、硝酸锰（分析纯）、硝酸铁（分析纯）。

活性氧化铝、陶粒，其物性参数分别见表1、表2。

实验水采用内蒙古某煤化工企业高盐废水，水质指标分析见表3。

 

结论

1.活性氧化铝基催化剂的催化效率高于陶粒基催化剂，铁锰基催化剂的催化效率高于铁基和锰基催化剂。最终选择的催化剂以活性氧化铝为载体，铁锰双组分为活性组分。

2.有催化剂时对COD的去除率比无催化剂时的高15个百分点；臭氧通气量越大、臭氧浓度越高、催化剂投加量越大，COD去除率越高；考虑COD去除率及运行成本，取最佳的臭氧催化氧化反应条件为：臭氧通气量1.5m3/h，臭氧质量浓度200mg/L，催化剂投加量0.8L/L。

3.添加铁锰基陶粒基催化剂的反应速率常数是纯臭氧氧化的2.50倍，添加铁锰基活性氧化铝基催化剂的反应速率常数是纯臭氧氧化的2.93倍，即臭氧催化氧化可有效提高难降解有机物的反应速率，并提高COD去除率。

作者：
王吉坤，陈贵锋，李阳，刘敏，李文博，何毅聪

1.煤炭科学技术研究院有限公司；

2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室

 

本文标题：臭氧高级催化氧化对高盐废水难降解有机物的影响