臭氧电晕协同处理有机实验室废水的研究

2011年4月第15卷第2期宁波职业技术学院学报JournalofNinghoPolytedmicApr,2011Vo1.15No.2臭氧电晕协同处理有机实验室废水的研究陈碧芬，董艳杰，彭振博，曹毅，施立钦，张永春(宁波职业技术学院，浙江宁波3158∞)摘要:用高压电晕和1~这氯联用的方法来处理有机实验室产生的高浓度废水。在最佳实验条件的基础上对高浓度苯胶废水迸行处理。当降解时间为60盯山时，质最浓度为500mgfL的苯胶废水CODCI和TOC的去除率分别可达70.1%和63.29岛，且处理后废水的可生化佳1:也得到了较大的提高。因此，电晕事11臭氯联用也可作为一般废水处理的前处理工艺。关键词:有机实验废水;臭氧;高压电罪;协同处理中图分类号:TQ016艾献标i只码:A0号|言实验室废水主要来自各科研单位和高等院校的科研和教学实验室。与一般工业废水相比较，有其自身的特殊性质:量少、间断性强、高危害、成分复杂多变等。常含有醋、酣、卤代娃、苯系物等污染物，长期暴露在这些物质污染的环境中轻者会引起中毒，严重的导致终身伤残，甚至致死。这些废液若随意直排，不仅1JQ大了污水处理的难度，也会使水体环境受到污染，导致水质恶化tt10实验室废水如何得到低成本离效率的处理，目前国内外还未见报道有成熟的工艺和方法(2-3)。本文用电晕和臭氧妇协同处理降解模拟实验室高浓度苯肢废水刺。同时通过E交实验，研究了各因素对处理效果的影响，得到实验的最佳条件。1实验1.1药品与仪器药品:苯胶、浓硫酸、重络酸锦、疏酸银、硫酸亚铁均为分析纯试剂。仪器:高压脉冲电源(工作电压为220V(AC),输出电压为30kV，功率为500W);德力因臭氧发收稿日期.2010-12-28文章编号:1671-2153(2011)02-∞53-04生榕(工作电压为220V(AC)，输出电流为1A，功率为4OW)。1.2方法为了研究臭氧氧化和电晕降解协同处理有机实验废水的机理，进行了以下几个方面的实验:第一高压电晕单独降解有机废水;第二臭氧单独降解有机废水;第三电晕和臭氧联用降解有机废水。在研究中，选取苯腋有机废水为模拟污染物，比较在不同实验条件下苯肢废水中污染物的去除效率，探讨臭氧和电晕两者是否具备协同处理作用。苯H安废水处理前后污染物浓度以TOC(总化学辑氧量)和COD(化学需氧量)作为指标。本实验中CODcr值采用GB1l914-89重铭酸御法测定，TOC的值采用GB13193-1991非也散红外线吸收法进行测定。以处理前后COD和TOC值的变化来比较苯肢模拟废水的降解效果。在实际应用中较单个物质浓度变化更具有工业意义，因为单个物质浓度的降低并不能表示该物质己经被彻底降解，一般在实际工程应用中对于污水的处理降解都是用COD或者TOC值来表征。作者简介:陈碧芬(1981-)，女，浙江宁波人，讲师，工学硕士，研究方向为废水污染控制。2011年第2期•53.E-m出1:[e-mail]宁波职业技术学院学报和臭氧处理效率的影响，故在不同初始pH值条件下对废水处理结果进行比较。实验利用浓度为LmolJL的NaOH溶液和浓度为1mol几的HCl溶液对苯肢废水初始pH值进行调节，调节废水初始pH值分别为3.0，7.0和9.0，实验条件为臭氧和电晕联用处理，实验对象为质量浓度为200mg/L的苯服模拟废水，实验结果如图1所示。•)JH-3.0-也r-pH=7.0-税-p日.9.060不同初始pH值条件下废水COD的去除率自图1可以看出，随着废水初始pH值的升高，废水中污染物的降解效率也明显提高。当废水初始pH值为9.0时，经过30min的反应，污染物基本就降解彻底了;当废水初始pH值为3.0时，需要60min才能基本降解完全。同时考察了不同初始pH值条件下，臭氧和电晕两者联用对废水中TOC的去除率影响，结果如图2所示。60不同初始pH值条件下废水TOC的去除事504030t/min20JO482436t/min•pH=3.0•pH=7.0•pH=9.012100ω-onu。804020囱2804020ω惑、M附皿国阳节υ。』、1.3处理对象高浓度苯胶废水.本废水为有机实验室自配模拟废水。苯肢，又名阿尼林泊|、氨基苯，是一种常用的化工原料。VH2苯脑分子简式为Cc，fI7N;结构式为。子量为110.114Uo飞r主要物理性质:无色汹状液体，有强烈气味，有毒。密度1.02]6glcmJ。熔点-6.2c。沸点184.4℃。稍溶于水，与乙碎、乙醋、苯混捕。1.4最佳实验条件的确定1.4.1溶液的pH位当调整j麦7JpH值在5-9之间时，两种方法联用较之于单独使用对于废水的COD和TOC均有更好的去除率。说明电豪放电和臭氧氧化降解在废水pH值为5-9之间时具备良好的协同作用。因为在这个pI-I值范围内两者互相促进可以产生更多的经基自由基(.OH).经基自由基具备非常高的反应活性和氧化性.可以更好的氧化降解废水中的苯肢。而在强酸性环境下，溶液中会存在较高浓度的经基自由基抑制剂，如碳酸根离子(COl')或者碳酸氢根离子(HCOJ-)。在强碱性环境下，臭氧会加快分解速度.导致很多臭氧还未反应使己分解。因此在pH值低于5或者高于9的环境下.不适宜于两者进行协同处理。1.4.2溶淡的初始浓度位在实验中通过改变废水初始浓度，发现随着废水中苯肢质量浓度从500mg/L逐渐上升至20∞m包瓜，其余实验条件不变的情况下，废水中的COD和TOC去除率均逐步下降。1.4.3氧气的流量与臭氧的浓度当通入臭氧发生器中氧气流量在50lJh以内时，由确量法测得废水中臭氧的浓度随着通入氧气盘上升而上升，但是随着通入氧气流量持续增加，臭氧浓度上升幅度不断减小，直至氧气流量超过100lJh时，水中臭氧浓度基本达到恒定，不再随氧气流量增大而增大。从经济角度考虑，控制氧气流量在80IJh;分惑、M甜皑皑啊。。υ因1初始pH值的影响由于实际生产生活中有机实验室产生的废水pH值通常差异很大，为了考察废水pH值对电晕.54.2011年第2期结果与讨论22.1|栋碧芬等:臭氧电晕协同处理有机实验室废水的研究中TOC的最终去除率随着废水初始质量浓度的均大而降低。在废水初始质量浓度较低时(501.0mgIL),联用处理Lh后TOC最终去除率可达到63.2%，当废水初始质量浓度较高时(2003.0mg/L),1h后TOC去除率仅为48.2%02.3处理方法对苯黯废水降解效果的影晌为了考察高压电晕和臭氧联用技术对苯肢废水的|海解效率及两者联用的协同性，在一定实验条件下.电晕频率为80Hz，氧气流量为80Uh，量取1.8L苯肢质量浓度为500mg/L,CODcr值在900mglL左右的废水，以浓度为1mo1/L的NaOH溶液调节其初始pH值为9.0。分别进行以下3种实验操作:①电晕降解单独处理有机废水;②臭氧氧化单独处理有机废水;③两者联用处理有机废水。实验结果如图5所示。从以上实验结果可以得出，当废水pH值较高时，两者联用对废水的COD和TOC脱除有更好的效果。因为在该环境下臭氧和电晕放电产生的控基自由基速率会精大，从而使得环境中控基自由基的浓度增大，在高浓度高活性控基自由基作用下，废水中的苯脏得到了快速有效的降解，而在酸性条件下则反之。2.2废水质量浓度的影晌为了研究在不同质量浓度下苯肢废水的阵解效果，在实验中配制了初始质量浓度分别为501.0,1023.1.L5oo.7,2003.0mg/L的苯肢模拟废水，利用高压电晕与臭氧进行联用处理.结果如图3所示。古500-D-SOl.Omg.'L702仪)()口Coroll...~.0元。nC•605040201030枣、属问您锵υ。←-企-1023.1mgIL-忡-1王007mWLo2α)3.0mg:T，15似)5∞1仪)()(TJ·ω吉)气。。υ，、3单独与联用处理TOC降解效率的比较2I。图550况情解除水废明圳股叫苯内UAW川Jnu创AMH)U度2浓量质，触目nMAd‘罔不4010。。自图5可以看出，3种方法处理苯肢废水，其中臭氧和电晕两者联用的处理效果要显著好于单独使用其中一种方法进行降解处理。可见在苯肢废水的降解过程中电晕和臭氯联用葬在协同作用。电晕和臭氧两者联用之所以存在协同作用，主要是因为通入废水中的臭氧除了本身的氧化作用外，同时在高压放电作用下易于引起水中气泡的局部放电。气泡局部放电会包含大量的带电粒子.同时气泡放电区域会引起局部升洒，高泪和带电粒子均对有利于苯肢的降解。图3同时考察了电晕臭氧协同处理不同质量浓度苯肢废水的TOC去除率，结果如图4所示。结论3一_SOl.0mglL•1023.1mgfL-古c-1500.ÎmgfL-骨-2003.0mgfL70I()。。6050403020凉气M柑皑皑制υ。←(1)电晕和臭氧联用对废水COD利TOC的去除率均比单独处理时的去除率高，可见两者在一定程度上存在着互相促进的协同作用。与传统的处6048不同初始质量浓度下废水TOC的去除率36l/min2~12因4•55•2011年第2期由图4可以看出，臭氧电晕联用后苯胶废水宁波职业技术学院学报E-mail:[e-mail]理方法相比，高压电晕和臭氧联用更加高效、节定的距离。能。(2)调节苯肢废水初始pH值，随着废水础性增加-|，协同处理的效果也随之增加。对于质量浓度为200mg/L的苯腹废水最快经过30min的处理，基本可以将废水中有机物降解完全。主要是因为酸性环境下存在的CO/-和HC03-会抑制臭氧和电晕产生的高活性提基自由基。(3)电晕和臭氧联用对于苯肢废水的降解处理能力存在一定限值，随着废水初始浓度增加，降解的速率逐渐降低。在废水初始质量浓度为501.0mg/L时，联用处理1h后TOC最终会除率可达到63.29毛，当废水初始质量浓度为时2003.0mg/L时，1h后TOC去除率仅为48.29毛。高压电晕和臭氧联用技术处理有机废水具有高效节能，一次投资小，费用较低等特点。它能把大分子降解为小分子物质，有效地提高B/C比，可以作为生化处理的一个预处理，为以后的生化法处理打下了良好的基础。但该法还处于初期研究阶段，有很多不完普的地方，离工业化运用还有一参考文献:川朱怀兰生物难降解有机污染物微生物处理技术的进展田上海环境科学，1997，16(3):10-12[2]储金字，吴春笃，陈万金臭氧技术及应用阳]北京:化学工业出版社，2∞z[3]孙德智，于秀娟，冯玉杰环镜工程中的高级氧化技术[M]北京:化学工业出版社，2∞α[4]HOEBENWFLM,VELDHUJZENEM,RUTGERSWR,eta.l.11、eDegradationofA币leousPhenolSlutiollsbyPulsedPositiveCoronaDischarges[1]PlasmaS町cesSci.Technol,2000,9:361-369[5]吴彦，张着兵，许德玄利用高压脉冲放电处理废水的研究进展回环境污染治理技术与设备，2∞12，3(3):51-55[6]淄理黎，黄小华，郑红艾，等高压电琴与臭氧协同处理问二氯苯废水的研究田水处理技术，2∞4，30(6):341-343口]文f告中，姜玄珍，刘维f育，高压脉冲放电与臭氧氧化I段用降解水中M氯苯盼回环境科学，2∞12，23(2):73-74DegradationoforganiclaboratorywastewaterbysynergismofhighvoltagepulseddischargeandozoneCHENBi-fen,DONGYan-jie,PENGZhen-bo,CAOYi,SHILi-qin,ZHANGYong-chun(NingboPolytechnic,Ningbo315800,China)Abstract:WithhighpressurecoronaandozonecoupledmethodtodealorganiclaboratorywastewaterExperünentalinvestigation