有机过氧化物生产废水的氧化预处理试验研究

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自2015年《水污染防治行动计划》的提出,全国各行业大力开展重污染企业内部废水站提标改造工作,其中于2017年7月1日起执行的新标《石油化学工业污染物排放标准》GB31571-2015将成为行业企业废水站所面临的新要求。有机过氧化物生产废水有机污染物浓度高、可生化性差、刺激性气味大,常规的生化法难以达到较好的处理效果,所以此类废水在进行生化处理之前需采取必要的预处理技术降低部分污染物质的浓度,并提高废水的可生化性,鉴于此,本研究采用内电解-Fenton联合技术和臭氧催化氧化技术对该废水进行预处理。内电解-Fenton联合技术中首先探究了内电解技术和Fenton氧化技术对废水COD和可生化性的影响,在此基础上将二者联合进行内电解-Fenton联合技术试验研究。臭氧催化氧化试验中,采用负载法制备了以陶粒为载体的催化剂CeO2-C、采用离子交换法制备了以沸石为载体的催化剂CeO2-Z,优化了两种催化剂的制备条件,并运用SEM、EDS和XRD表征方法对催化剂的结构和性能进行表征,其次探讨了催化剂CeO2-C和CeO2-Z的催化效果,最后采用三维荧光(3D-EEM)、波长扫描和气相色谱-质谱联用(GC-MS)对两种预处理方法的污染物质降解机理进行了探讨。内电解试验中以单因素试验和响应面优化法得到的最佳运行参数为:初始pH为3.1,铁屑投加量为30.5g/L,铁碳质量比为1.01,运行时间为122.8min,此条件下内电解反应对废水COD的去除率为35.67%,降解过程遵循二级动力学;Fenton氧化试验中以单因素试验和正交试验法得到的最佳运行参数为:H2O2投加量为0.25mol/L、H2O2与Fe2+的投加比为7:1、反应时间为45min,在此条件下Fenton氧化法对废水COD的去除率为42.16%,降解过程遵循二级动力学。内电解-Fenton联合试验中,H2O2的投加时刻为内电解反应开始后的30min、投加量为0.1mol/L时可取得最大COD去除率,为52.24%。内电解技术、Fenton氧化技术和内电解-Fenton联合技术处理之后,废水的B/C由0.113分别提高至0.173、0.195和0.223,显著提高了废水的可生化性。以陶粒为载体,采用负载法制备了CeO2-C催化剂,在催化剂的制备过程中以单因素试验和正交试验探讨了CeO2负载量、焙烧温度和焙烧时间对催化剂性能的影响,以COD去除率为衡量指标得到的CeO2-C最佳制备条件为:CeO2负载量为4%、焙烧温度为450℃、焙烧时间5h;以沸石为载体,采用离子交换法制备了CeO2-Z催化剂,在制备过程中以单因素试验和响应面优化法探讨了离子交换浓度、交换温度、交换时间和交换次数对催化剂性能的影响,以COD去除率为响应值得到的最佳制备条件为:离子交换液浓度为0.24mol/L,交换时间为16h,交换次数为2次;CeO2-C和CeO2-Z催化剂的SEM、EDS和XRD表征表明,载体上分布的有效活性组分为CeO2。将最优条件下制备的催化剂CeO2-C和CeO2-Z用于臭氧催化氧化试验中,在臭氧流量为6L/min、催化剂投加量为20g/L、溶液pH为6、反应时间为60min时,CeO2-C和CeO2-Z臭氧催化氧化对于废水COD的去除率分别为28.11%和33.42%,相较于臭氧单独氧化分别提高了10.17%和15.48%。臭氧单独氧化、CeO2-C和CeO2-Z臭氧催化氧化处理之后,废水的B/C提高至0.135、0.152和0.158,显著提高了废水的可生化性。预处理前后废水的3D-EEM分析结果表明,两种氧化预处理技术对废水中的类酪氨酸、类芳香性蛋白类物质Ⅰ和类腐殖酸物质具有良好的去除效果;波长扫描分析结果表明,两种氧化预处理技术的出水吸收峰相较于原水有了明显减弱,可知对于废水中的苯环、杂环类等不饱和环状芳香烃化合物等难降解有机物具有较好的去除效果;GC-MS分析结果表明,两种氧化预处理方法可以降解废水中的大分子物质,能将废水中酸类、酯类、苯胺类、苯环类等高沸点大分子有机物降解成小分子物质,从而提高废水的可生化性。内电解-Fenton联合技术和臭氧催化氧化技术对于有机过氧化物生产废水具有较好的氧化预处理效果,对于废水中部分难降解有机物质具有良好的降解作用,并可提高废水的可生化性,这两种预处理技术在有机过氧化物生产废水的氧化预处理中具有良好的工程应用前景。
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