光催化降膜反应器深度处理焦化废水研究_胡玲

焦化废水是炼焦、煤气净化以及化工产品的精制等过程中产生的，毒性大、成分复杂，含有大量难生物降解的芳香族有机物、稠环化合物和杂环化合物[1]。若未经处理直接外排，会对人体健康和自然环境造成严重危害。虽然许多焦化厂对焦化废水处理后外排，但某些污染物的含量仍难达到国家允许的外排标准。光催化氧化技术是近几十年来发展起来的新型氧化技术，因其具有氧化能力强、反应条件温和、能耗低、工艺结构简单、操作简便和无二次污染等突出优点，故在环境保护中的应用日益受到人们的重视。本研究结合了二氧化钛薄膜的亲水性能和光催化性能，在阶梯型平板降膜反应器上对实际焦化废水进行了深度处理。此反应器的优势在于：(1)阶梯型可节约空间，实现多级处理，提高降解效率。(2)利用了二氧化钛薄膜的亲水性能，使污染物在催化剂表面形成液膜，从而促进液膜曝气和加强污染物在催化剂表面的传质[2]。1试验部分1.1试剂和仪器钛酸丁酯（C16H36O4Ti）、正硅酸乙酯、环己烷（C6H12）、无水乙醇、尿素、H2O2（质量分数30%）。KSW-5-12型箱式电阻炉，TL0.01提拉机，RB12型蠕动泵，SK3200LH双频超声波清洗器；T6新世纪紫外可见光分光光度计，PHS-3C型酸度计，18W×3荧光灯管。1.2平板薄膜的制备平板玻璃载体的洗涤：选用233mm×132mm×5mm的平板，按照如下顺序进行洗涤：去离子水超声清洗15min，烘干；丙酮超声清洗15min，烘干；无水乙醇超声清洗15min，烘干备用。TiO2-xNx平板薄膜的制备：在已清洁的平板玻璃载体上预先涂覆1层SiO2薄膜，防止钠溶现象。然后按照图1制备薄膜[3]。1.3废水水样取自某焦化厂经生化处理后废水，水质如下：颜色呈黄褐色，pH=6.6，COD=372mg·L-1，色度为611.5倍，浊度为16.9NTU。1.4试验方法处理前对废水进行简单过滤，防止悬浮物影响光催化降膜反应器深度处理焦化废水研究胡玲，梁文懂，马毅，李俊（武汉科技大学化学工程与技术学院，湖北武汉430081）摘要：结合二氧化钛的2种光致性能，以普通荧光灯为光源，利用阶梯型平板降膜反应器对焦化废水进行深度处理，探讨了影响COD去除率的各种影响因素和最佳工艺条件。结果表明，在可见光下，pH=11.0、质量分数3%的H2O2水溶液投加量为500mg·L-1、光照时间5h、废水初始COD为125mg·L-1时，COD的去除率在40%以上，效果较明显，在对实际废水的处理中实现了可见光响应。关键词：TiO2-xNx薄膜；阶梯型降膜反应器；亲水性；焦化废水中图分类号：TQ032.41文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)02-0110-004收稿日期：2010-04-22作者简介：胡玲（1984－），女，硕士研究生，研究方向为光机能材料的应用及光催化反应器设计联系电话：13476141976；E-mail：huling2u@163.com���6h����V(C��H��O�Ti):V(C�H��)=1:1~10�����TiO����������1205min���150mm�min��1205min���300mm�min��TiO���TiO���N���图1TiO2-xNx薄膜制备流程Fig.1FlowchartforpreparationofTiO2-xNxthinfilms第37卷第2期2011年2月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.2Feb.,2011110DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.02.028光催化效果。配置不同含量的焦化废水，先加入一定量的质量分数为3%的H2O2，调节pH，废水通气30min，使其饱和，然后将2L焦化废水倒入自制的阶梯型平板降膜反应器（如图2）中，打开白色荧光灯（λ=350～520nm，54W，32.3μW·cm-2）进行反应。光照2h后，取样分析。1.5分析方法COD的测定，采用重铬酸钾法进行测定[4]。并依下式计算焦化废水COD的去除率：COD去除率=(COD原-COD处)×100%/COD原。2结果与讨论2.1pH对光催化活性的影响将原废水体积稀释至2倍，反应时间为2h，质量分数3%的H2O2水溶液投加量为500mg·L-1，用NaOH溶液或稀HNO3溶液调节pH为3.0、5.0、7.0、9.0及11.0后进行光催化降解，结果见图3。溶液的pH对焦化废水COD去除率有较大的影响。由图4可知，在pH=3.0～11.0时，污染物的去除率先降低后升高，当pH=11.0时总去除率最高。分析原因：当溶液的pH<7时，去除率随pH的增大而减小，大量H+的存在使得催化剂表面呈正电荷，有利于光生电子向催化剂表面迁移，抑制了电子-空穴