高浓度有机废水如何处理

Posted 2023-01-15 浓度

篇首语：知识是为老年准备的最好食粮。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了高浓度有机废水如何处理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

微波诱导氧化技术在环境工程中，尤其在水处理领域的应用研究是一个极具发展前途的新方法。微波诱导氧化降解有机污染物通常采用一些比表面积大、吸附性强、热稳定性好以及价格低廉的物质作为诱导化学反应的催化剂。利用微波体加热的性能，均匀、快速、无滞后地把能量传递给废水中的水分子以及其他的极性分子，在微波辐射作用下，催化剂表面的金属点位能与微波发生强烈的相互作用，使微波能转化为热能，从使某些表面点位被选择很快加热至很高温度，在这些点位附近发生微波诱导氧化催化反应，从而促进有机污染物的降解[1]。这样降低了催化湿式氧化（CWAO）反应条件的苛刻程度，能够使反应在常温常压下进行，也提高了设备的使用寿命。

本试验尝试以H2O2 作为氧化剂，3 价铁盐-CeO2作为催化助化剂，活性炭作为吸附剂，以微波辐射能为辅助对高含量有机废水进行降解[2-3]。其中H2O2 与3 价铁盐构成了CWAO，其在高温高压下进行，时常伴有对容器高腐蚀的环境，对反应的条件及设备要求较高。

氧化剂H2O2 在微波的诱导下能够更快速、有效地分解出具有极高氧化电位（2.8 V）的羟基自由基（·OH）。3 价铁盐的催化作用表现在它容易吸收微波能，在吸收微波能以后，其表面某些点的温度升至300～500℃，点位附近Fe 元素3d 轨道上激发出的电子成自由状态，与H2O2 作用产生羟基自由基（·OH）再与废水作用促使其降解。

稀土物质对微波能具有很强的吸收作用，金属元素4f轨道易激发出电子，催化作用则表现更强[4]。选择稀土氧化物CeO2 作为3 价铁盐的助催化剂，复合体系的催化能力得到增强，降解效果则更加明显。活性炭作为吸附剂对微波还有很强的吸收能力，能诱导和强化化学反应，而且活性炭在微波诱导作用下，其本身的吸附性能也大为改善，达到提高污染物去除效果的目的[5]。而3 价铁盐存在，使活性炭改性，微波照射能使溶液中的对硫磷迅速降解[6]。

1 试验部分

微波炉为EG720FA4-NR 型家用微波炉改造，功率700 W，功率按100%、80%、60%、40%、20%可调。

试验装置见图1。

催化剂3 价铁盐Fe2(SO4)3、Fe2O3，氧化剂H2O2，助催化剂CeO2。

废水为大连某公司香料生产废水，主要含有盐、醇、酯类等。废水来源包括呋喃酮系列香料生产废水、丁位内酯系列香料生产废水、烟用系列香料生产废水等，以及地面清洗废水、生活污水、锅炉水处理设备树脂再生水、循环冷却水，废水呈酱油色，种类多、含量高、处理难、水质变化大，试验取水COD 为120 g/L。

2 结果与讨论

2.1 试验一

取废水400 mL，装入500 mL 三口玻璃烧瓶；取Fe2(SO4)3 0.3 g、活性炭3 g、H2O2 10 mL、CeO2 0.03 g，摇晃均匀，把三口烧瓶按放入微波炉。微波功率700W，加热3 min，温度90℃，净化瓶中冒出气泡，静置，取出烧瓶观察，色度无变化。

按计量称取上述药品与废水放入烧瓶，微波功率700 W，加热1 min，冷却，反复进行3 次，累计加热3min，净化瓶中无气泡冒出，温度70℃，静置，取出烧瓶观察，色度无变化。

再取废水400 mL 装入500 mL 三口玻璃烧瓶，取Fe2O3 0.3 g、活性炭3 g、H2O2 10 mL、CeO2 0.03 g，按上述程序进行试验，观察现象。微波功率700 W，连续3 min 加热，温度达到90 ℃，静置，废水色度明显降低，酱油色的废水变为透明的淡黄色，烧瓶底部有红褐色沉淀，COD 去除率为90%；间歇加热3 min加热，温度70℃，静置，酱油色的废水变为透明的黄色，烧瓶底部有红褐色沉淀，COD 去除率为90%。

分析以上试验可知：

(1)Fe2O3 对废水降解的贡献要远大于Fe2(SO4)3。但尚不清楚是铁盐本身吸收微波产生热点降解有机物能力占主导，还是2 种物质对H2O2 催化能力占主导，需进一步探究。

(2)连续加热与间歇加热，对上述药品组合处理废水能力的影响没有明显区别。

2.2 试验二

取100 mL 废水加入5 mL H2O2，微波环境加热3min，微波功率700 W，废水色度无明显变化；取此种废水若干份（每份100 mL），继续分别加入H2O2 10、15、20、25、30 mL，考察对COD 去除率，结果见图2。

取100 mL 废水加入0.1 g的Fe2O3-CeO2 使溶液饱和，微波环境加热3 min，微波功率700 W，废水色度无变化；取100 mL 废水加入2 g活性炭，微波环境加热3 min，微波功率700 W，废水色度无变化。

分析以上试验可知：H2O2 在微波环境下自身能够分解出·OH 对废水进行氧化，但氧化效率偏低，而单独的Fe2O3-CeO2 与活性炭在微波环境下不能快速使废水中有机物降解。这说明Fe2O3-CeO2 对于H2O2的确有较高的催化能力。。

进一步试验得到，吸附剂活性炭3 g，0.33 g催化剂Fe2O3-CeO2（质量比10:1），400 mL 废水，H2O2 15mL mL 时于微波功率700W下加热3 min，COD 去除率可达到98%以上[7]。

3 结论

微波环境下，Fe2O3 与CeO2 组成的催化剂，以及以活性炭作为表面吸附剂，以H2O2 为氧化剂，能够诱使废水中高含量的有机物降解，反应过程迅速，色度与COD 去除效果显著。

试验的缺点在于：(1)废水处理时的温度较高，微波功率700 W 下加热3 min、400 mL 的废水达到90℃以上；(2)试验中的药品价格较高，尤其是消耗品氧化剂H2O2 的用量不能降低，大大的提高了成本。

综上所述，本试验中对于电能的消耗及药品尤其是H2O2 的消耗，提高了此法工业化的门槛。药品中活性炭及Fe2O3-CeO2，在一定程度上可重复使用，但其占试验成本的比率并不高。而H2O2 的用量使其占据了药品中的大部分成本，而且温度条件是否对于试验有决定性的限制没有得到证实。所以寻找H2O2 的低成本替代品，以及在较低温度下促使反应成功，是此法能否推广以及工业化的重要前提。