臭氧光催化技术在焦化废水处理中的研究

邬 凡 刘缘缘

(1.云南天朗环境科技有限公司；2.昆钢生产制造中心)

1 前言

焦化废水是一种污染组分复杂，毒性大，高浓度，难降解的有机废水，必须对其进行妥善处理，以减少对环境的危害和影响。臭氧作为一种高效的强氧化剂，应用于化工、造纸和纺织业，臭氧在水中对细菌、病毒等有害病原体的灭活率高、作用速度快，可以在氧化、分解水中复杂污染物的同时展现出很好的脱色功能，而又不产生二次污染。研究表明，紫外线能够强化臭氧次生氧化物的能级，利用臭氧与紫外线的协同效应，可以更高效的降解废水中的有机污染物。

本文通过臭氧氧化、臭氧光催化及混凝砂滤等方法，主要对安宁焦化厂焦化废水二沉池出水的C0D指标进行处理分析，对臭氧光催化技术在焦化废水处理中的效果进行研究，了解其对C0D、色度等指标的去除情况，为臭氧光催化技术的应用积累一定的数据资料。

2 实验部分

2.1 实验材料

臭氧机CF-0T50、塑料气管、取样桶、紫外灯、石英砂、1 000 mL塑料烧杯、PAC、PAM、锥形瓶、安宁焦化厂焦化废水生化处理段二沉池出水水样、10 000 mL烧杯、5 000 mL烧杯、1 000 mL烧杯、200 mL烧杯及相关辅助材料等。

2.2 检测分析方法及试剂

检测分析方法:《GB16171-2012》炼焦化学工业污染物排放标准中引用文件《GB/T11914-1989》(水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法)。

试剂:硫酸银(Ag2S04) 化学纯、硫酸汞(HgS04) 化学纯、硫酸(H2S04) ρ =1.84 g/mL、硫酸银-硫酸试剂、重铭酸钾标准溶液、硫酸亚铁铵标准溶液、邻苯二甲酸氢钾标准溶液、菲绕啉指示剂等。

2.3 实验方法

(1) 采取一定量的安宁焦化厂焦化废水生化处理段二沉池出水作为本次实验原水样备用。

(2) 将原水样进行混凝沉淀后经过砂滤处理:在原水样中依次加入预先调配好的PAC和PAM药剂，进行混凝、絮凝反应，取上清液通过塑料烧杯制作的简易砂滤器过滤，渗滤液取中后段为宜。

(4) 臭氧氧化反应出水，进行混凝、絮凝反应，取上清液通过砂滤处理，同步骤2。

(5) 在步骤1、2 后，将步骤2 渗滤液装入10 000 mL烧杯，采取臭氧氧化+紫外灯催化，即臭氧光催化。

(6) 臭氧光催化反应出水，进行混凝、絮凝反应，取上清液通过砂滤处理，同步骤2。

注:为减少实验误差，增加本次实验数据的准确性，每次过滤后需将石英砂进行清洗、控水、水样冲洗后再投入使用。

3 数据结果分析

3.1 最佳反应pH值、PAC和PAM的最佳参数的确定

取一定量的二沉池出水水样(原水样)，使用1 000 mL烧杯和预先调配好的PAC和PAM药剂，进行混凝、絮凝实验，通过药剂使用量的改变，分别记录实验现象，初步选定出较合适的PAC、PAM药剂的使用量，并作为下一步实验的药剂使用参数。

结合废水的实际生产处理情况，以及后续可能的生产工艺要求考虑，最高PH值设定为8.5。根据PH值测定，二沉池出水水样的PH值为7.2～7.5，首先取二沉池出水水样装入4 只1 000 mL烧杯，每只烧杯均盛满1 000 mL，然后将4 只烧杯内水样的PH值依次调节为7.5、7.8、8.2、8.5，使用上一实验步骤中确定的PAC、PAM药剂使用参数作为基数，对以上4 个水样进行混凝、絮凝实验，实验现象表明，随着PH值的升高，水样沉降的效果越好。

因此将PH=8.5 及上述实验中确定的PAC、PAM药剂使用量，作为原水样的混凝、絮凝的最佳反应PH值和药剂使用量。

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以同样的实验方法，确定出臭氧氧化、臭氧光催化出水的混凝、絮凝反应的最佳PAC、PAM药剂使用量。

3.2 臭氧反应时间的确定

在本次实验中，臭氧氧化、臭氧光催化氧化作用时间的长短与实验对象的C0D去除率成正相关，当作用时间超过45 min 时，C0D去除效果开始趋于稳定，选取60 min 作为此次实验的臭氧反应时间，其中分别代表臭氧氧化、臭氧光催化处理效果随时间变化的两组实验数据如表1。

表1 臭氧氧化、臭氧光催化处理时间与效果

3.3 臭氧氧化处理焦化废水

在最佳pH值、最佳PAC和PAM使用量的条件下，臭氧氧化处理之后的C0D、色度指标随时间变化情况如表2。

表2 臭氧氧化处理

3.4 臭氧光催化处理焦化废水

在最佳pH值、最佳PAC和PAM使用量的条件下，臭氧光催化处理之后的C0D、色度指标随时间变化情况如表3。

表3 臭氧光催化处理

3.5 臭氧氧化、臭氧光催化处理效果

在本次实验过程中，通过改变PAC、PAM的使用量，臭氧氧化及臭氧光催化氧化的作用时间等变量，进行了多组不同条件下的对比实验和重复验证实验，选取了其中分别代表臭氧氧化、臭氧光催化处理的两组实验数据(见表4) 及原水样在处理前、后的色度对比图片(见图1)。

表4 臭氧氧化、臭氧光催化处理效果

图1 原水样在处理前、后的色度对比(原水样色度400，处理后色度5)

3.6 实验结果表明:

(1) 对原水样(二沉池出水) 进行1 次混凝，达到30 %以上的C0D去除率。

(2) 臭氧氧化，在本次实验中对C0D去除率在17 %左右。

(3) 臭氧光催化，在本次实验中对C0D去除率在20 %以上，效果明显。

(4) 原水样在经过臭氧氧化和臭氧光催化处理之后，再次进行混凝砂滤，对C0D去除率均有所提高，且去除率与混凝前水样的C0D含量和混凝剂的使用情况有关，但是此环节的C0D去除率变化范围不大。

(5) 臭氧氧化和臭氧光催化对原水样C0D均具有一定的去除能力，通过此次实验数据对比表明，臭氧光催化对原水样C0D去除率高于单一的臭氧氧化。

(6) 经过臭氧氧化、臭氧光催化后，原水样的色度明显降低，水样直观较为清亮，臭氧起到了很好的脱色作用，两种实验方法对色度的去除效果差异不大。

4 结论

(1) 在本次实验中，臭氧氧化对该原水样C0D的去除率不大于20 %，臭氧光催化作用对该原水样C0D的去除率小于25 %，臭氧光催化处理效果优于单一的臭氧氧化处理效果。

(2) 臭氧氧化对该原水样的处理时间大约30 min 时，对C0D去除率达到较高水平，去除率随氧化处理时间的增加会有所提高，氧化处理时间超过45 min 后C0D去除效果则无明显提高，氧化反应处理时间主要与原水样C0D含量及臭氧曝气浓度有关。

(3) 臭氧氧化和臭氧光催化均对该原水样的脱色效果较好，且过程中无污泥产生。

5 本次实验的思考

(1) 臭氧氧化和臭氧光催化可能只对部分类型的有机物产生作用，对于不同水质的C0D可能呈现出不同的去除效果。

(2) 本次实验中，实验对象的臭氧处理时间均未超过2 h，不排除更长的臭氧处理时间会对C0D有更高的去除效果。

(3) 本次实验主要是初步验证了臭氧氧化和臭氧光催化在特定条件下，对实验对象的C0D、色度等指标的去除效果，未能在实验中确定出C0D去除量与臭氧消耗量的实际对应关系，有待进一步实验研究。