超声波与臭氧技术对焦化废水中难降解有机物处理研究

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水体污染是世界各国普遍面临的急需解决的问题之一,特别是对那些生物难降解的有机污染物的处理,一直是环保领域的一个重要研究课题。焦化废水生化处理后残留的难降解有机物是影响其深度回用的主要问题。本文以焦化废水二级生化处理出水深度回用为处理目标,选择实际焦化废水和典型难降解有机物苯酚为主要研究对象,通过试验考察超声波及臭氧技术对难降解有机物的处理效果和机理。通过试验研究发现:(1)废水初始pH值、初始浓度、超声时间、超声功率、超声频率和废水处理量等因素对化学需氧量CODcr的降解率有影响,不同超声波处理条件对苯酚废水和焦化废水二级生化处理出水中难降解有机物的降解规律不同:增加超声时间有利于有机物的降解;低浓度有机物废水超声处理的效果比高浓度的有机废水好;超声功率值越大降解效果越好,但有一个临界最佳值;超声频率越大越有利于超声降解;废水的废水处理量越小越有利于超声降解;不同的有机物都对应着一个较好的初始pH值。在超声频率45kHz的条件下,控制超声时间120min、pH值7-8、超声功率200W、废水处理量100mL,超声波处理对焦化废水二级生化处理出水有最佳降解效率。(2)通过分子量筛分手段对超声波处理前后焦化废水中有机物分子量分布进行分级研究,结果表明,处理前焦化废水以CODcr为有机物检测指标时,水样中分子量为5~10kDa的有机物含量最多,达到38.42%,其中小于5kDa的有机物含量为21.91%;以UV254作为表征时,水样中分子量小于5kDa的有机物含量高达70.10%;超声波处理后的焦化废水水样中CODcr含量与UV254变化趋势大体呈现一致性,当以CODcr为有机物检测指标时,水样中分子量小于5kDa的有机物含量最多,达到40.73%,当以UV254作为表征时,水样中分子量小于5kDa的有机物含量也是最多的,占74.33%;超声波处理后小分子有机物含量明显增加,这是超声波降解提高焦化废水可生化性的理论基础。(3)超声处理前焦化废水BOD5/CODCr为0.03,远远小于0.3,是焦化废水难于生物降解的根本所在;超声处理后BOD5/CODCr为0.31,B/C提高了10.33倍,并且B/C>0.3,生化降解性大幅提高,说明超声处理有益于焦化废水中难降解有机物可生化性的提高,与超声波处理后小分子有机物含量明显增加有关。(4)通过GC/MS对超声处理前后焦化废水水样进行成分分析,结果表明,焦化废水超声处理后,有一部分有机物含量明显减少,超声主要降解的有机物为喹啉、吡啶等含氮有机化合物以及苯、萘、二甲苯等易挥发性的有机物。而苯酚、甲酚等酚类有机化合物未得到充分降解,但其浓度也有所降低。这是超声波处理后焦化废水B/C提高的主要原因。(5)对苯酚废水和焦化废水进行臭氧处理,研究结果表明,废水初始pH值、初始浓度、臭氧作用时间和废水处理量等因素对化学需氧量CODcr的降解率有明显影响,不同条件下的降解规律不同:增加臭氧作用时间有利于有机物的降解率的提高;相同臭氧量条件下,低浓度焦化废水/苯酚废水处理的效果比高浓度的废水好;废水的处理量越小越有利于臭氧对有机物的降解;不同的有机物都对应着一个较好的初始pH值。当控制通臭氧时间60min、pH值7、废水处理量为100L时,超声波处理对焦化废水有最佳降解效率(55.45%)。试验研究结果为焦化废水中试研究和工程设计提供有效参考数据,并为超声波及臭氧处理在难降解有机废水的可生化性提高方面提供参考依据,为进一步深入研究奠定理论基础。
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