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实验室有机废水处理O3/H2O2高级氧化技术

作者: 时间:2022-03-04 20:36:54 点击:


  实验室废水是指由教育机构的各类实验室、工业研发实验室、国家设立的分析实验室和质量保证实验室、医疗卫生行业的测试实验室在科研、教学、工业产品试制等活动中排放的废水,同时也包括器皿、装备洗涤水中冷却水,地面清洗水,消毒用水及其研究过程中废弃物水等。根据废水中所含主要污染物性质,可以分为有机和无机实验室废水两大类。

  实验室废水的排放周期不定,排放量也无规律性,所含污染物成分较为简单,但个别污染因子的浓度较高,也具有潜在的危险性,容易造成污染事故,特别是化工类实验室的有机废水。此类废水未作处理直接排放进入市政管网,对污水处理厂的生物处理过程会造成较大冲击,给污水处理厂出水达标带来较大难度。因此要求实验室有机废水处理技术与方法具有高效性、简便性、多用途性。

  张铁楷等利用Fenton试剂氧化降解有机废水,发现Fenton试剂处理后废水中PAM降解率可达90%以上。·OH具有很高的亲电性和电负性,其电子亲和能达568.3kJ,具有很强的加成反应特性。Fenton试剂降解PAM的过程中,Fe2+和H2O2快速反应生成大量的·OH,而自身被氧化为Fe3+,产生的·OH既可以和有机物快速反应,又在氧化Fe2+的同时生成OH-。在反应过程中·OH夺取PAM中的H原子形成有机自由基,填充不饱和C-C键使聚合物迅速降解。Fe2+/S2O2-8复配体系降解PAM时,南玉明等验证了PAM化学降解属于自由基反应。邓磊等采用采用Fenton法进行处理,对钻井废水中有机物变化及反应机理进行了研究。最佳条件下,Fe/C-H2O2耦合工艺出水中芳香化程度和聚合度大幅降低,高分子物质完全降解为小分子。徐军等通过对比臭氧、臭氧催化氧化、臭氧/双氧水和臭氧/双氧水催化氧化4种工艺深度处理化工废水的效果,臭氧/双氧水处理效果较优,利于后续生化法处理。

  根据实验室废水特点,排放量小,成分较为简单,因此选择高效简单的O3/H2O2处理工艺,考察O3/H2O2高级氧化技术在不同的处理条件(臭氧投加量、H2O2投加量、pH值、反应时间)下对实验室高浓度有机废水中COD的去除率影响,并通过页岩气采出水进行验证。

  1、实验

  1.1 实验材料

  重铬酸钾(GR)、水合醋酸钠(AR)、冰醋酸(AR)、甲酸钠(AR)、由成都科龙试剂厂提供。

  实验废水采用某测试公司实验室中采用GC-MS、气相色谱仪、红外测油仪等仪器分析后产生的废水;废水中主要含二氯甲烷、乙醇、四氯化碳等有机污染物,COD含量为1250mg·L-1,色度为50倍。

  1.2 实验仪器

  MCB3-20型臭氧发生器,青岛国林;可见光分光光仪,上海佑科。

  1.3 实验方法

  1.3.1 COD的测定

  采COD的测定用国标GB/T11914-1989(水质化学需氧量的测定重铬酸盐法)。

  1.3.2 O3/H2O2高级氧化技术对实验有机废水处理方法

  取100mL废液置于1000mL臭氧反应器中,调节臭氧发生器电压、电流向其通入臭氧同时加入H2O2,通过改变臭氧投加量、H2O2投加量、pH值等条件,在一定的曝气反应时间后测量废水中COD含量。

  2、结果与讨论

  2.1 臭氧投加量对实验废水中COD去除率的影响

  如图1所示,当pH值为10,H2O2投加量为0.5mg·L-1,曝气时间30min,实验废水中COD含量随着臭氧投加量的增加而降低,去除率先快后慢。当臭氧投加量达到40mg·L-1后去除率达到80.34%。臭氧投加量的增加可增加试验废水中·OH含量,增加·OH与实验废水中有机物接触提高氧化效率。


实验室有机废水处理O3/H2O2高级氧化技术(图1)

  2.2 pH值对实验废水中COD去除率的影响

  改变pH值,当臭氧投加量为40mg·L-1,H2O2投加量为0.5mg·L-1,曝气时间30min,实验废水中COD去除率如图2所示。


实验室有机废水处理O3/H2O2高级氧化技术(图2)

  图2中随着pH值的增加实验废水中COD的去除率减小,这与其他臭氧催化反应实验研究不一致,但与臭氧在废水中分解·OH为链式反应理论一致,在试验中投加了H2O2,H2O2进入废水中在酸性条件下迅速分解生成氧化能力很强的·OH,其氧化电位高达2.70V,仅次于氟。·OH,使臭氧进入废水时不需要调节为碱性提供·OH而发生链式反应。在O3/H2O2反应体系中,·OH的产生和淬灭可以归结为如下反应:


实验室有机废水处理O3/H2O2高级氧化技术(图3)

  2.3 双氧水投加量对实验废水中COD去除率的影响

  改变H2O2的投加量,当臭氧投加量为40mg·L-1,pH为3,曝气时间30min,实验废水中COD的去除率随着投加量的增加而提高,但当投加量达到0.7mg·L-1以后,COD的去除率开始降低如图3所示。


实验室有机废水处理O3/H2O2高级氧化技术(图4)

  H2O2进入废水中分解生成氧化能力很强的·OH,不仅增加了废水中·OH含量为废水中有机污染物提供更多的接触机率而被氧化,同时为臭氧进入废水中提供·OH,激发链式反应,但随着H2O2的投加量增加·OH浓度增加,增加·OH之间接触而淬灭使实验废水中COD的去除率降低。

  2.4 反应时间对实验废水中COD去除率的影响

  反应时间对实验废水中COD的去除率影响如图4所示,当臭氧投加量为40mg·L-1,H2O2投加量为0.5mg·L-1,pH为3,随着曝气时间的增加实验废水中COD的去除率增加,但到40min后,其COD去除率变化平稳。当臭氧投加量、H2O2的投加量一定后,反应体系中提供的强氧化性物质恒定,随着反应时间的延长,实验废水中有机物的去除率并不能大幅度提高,因此当臭氧投加量为40mg·L-1、H2O2的投加量为0.7mg·L-1时,100mL实验废水在反应40min后,其COD的去除率达到90%以上。


实验室有机废水处理O3/H2O2高级氧化技术(图5)

  2.5 O3/H2O2高级氧化技术对页岩气采出水中COD去除率影响

  为考察O3/H2O2高级氧化技术对不同废水中COD去除效果评价,将COD浓度分别为1426mg·L-1的页岩气采出水、762mg·L-1的页岩气压裂返排液,各取100mL按1.3.2方法处理,当臭氧投加量为40mg·L-1、双氧水投加量为0.7mg·L-1、pH值为5、反应时间为40min时,页岩气采出水的COD浓度为166.84mg·L-1,COD去除率达到88.30%,页岩气压裂返排液的COD浓度为97.5mg·L-1COD去除率达到87.20%。因此O3/H2O2高级氧化技术对其他废水中COD的去除也有较好效果。

  3、结论

  (1)通过考察O3/H2O2高级氧化技术在不同条件下对实验室有机废水中COD去除率的影响,确定了最佳处理条件:臭氧投加量为40mg·L-1、双氧水投加量为0.7mg·L-1、pH值为5、反应时间为40min时,其COD去除率达90.41%,可排入城市管网。

  (2)采用O3/H2O2高级氧化技术在相同条件下处理的页岩气采出水、页岩气压裂返排液,其COD去除率达85%以上,因此O3/H2O2高级氧化技术对其他废水中COD的去除也有较好效果。(来源:中海油石化工程有限公司)


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