超声辐照_活性污泥法处理焦化废水中COD的研究_马晓利

超声辐照-活性污泥法处理焦化废水中COD的研究马晓利1,陈亚雄2,宁平2,梁波2(1.新疆师范大学化学系,乌鲁木齐830054;2.昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明650093)摘要:研究超声辐照-活性污泥法联合处理焦化废水。经超声辐照-活性污泥法处理,焦化废水中COD降解率比单独采用活性污泥法明显提高,COD总降解率由45%升高到81%。反应液曝气、初始COD浓度及声能密度对焦化废水中COD超声降解效果影响明显。曝气有利于超声降解;初始浓度越低,有机物的降解率越高,但绝对COD去除量越少;声能密度高,COD降解率高。关键词:超声;活性污泥法;降解;有机物中图分类号:X784;TB559;X703文献标识码:A文章编号:1001-0211(2003)suppl-0140-03作者简介:马晓利(1975-),女,新疆乌鲁木齐县人,讲师,硕士近年来,超声波作为一种新的能量形式在化学领域中的应用研究,获得了许多有价值的成果[1-2]。通过世界各国化学家的不断努力,使声学与化学逐步交叉渗透,形成了一门崭新的学科-声化学(Sonochemistry)[3]。声化学与热化学、光化学、电化学、磁化学等并列为化学的分支学科,同时它又是一项促进化学反应的高新技术[4]。超声波对化学反应所产生的独特作用以及它的良好的应用前景正越来越引人注目。目前超声波技术也逐渐被引进环保领域用于治理工业废水的污染。据Larcre等人的研究,废水中的苯、甲苯、四氯化碳、氯化物、合成洗涤剂等在超声波作用下,可迅速分解[5]。利用中国科学院声学研究所研制的88-1型超声乳化、强化处理机对焦化废水处理进行探索性试验,取得了满意的效果。1超声降解基本原理[6]空化泡崩溃产生冲击波和射流,使·OH、·OOH和频率在16kHz以上的超声波辐照溶液引起超声空化效应。超声的这种化学效应于1927年由美国学者Richards和Loomis首先报道,发现声波有加速二甲基硫酸酯的水解和亚硫酸还原碘化钾反应的作用。超声空化是液体中的一种极其复杂的物理化学现象,液体中的微小泡核在超声波作用下被激化、表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。气泡振荡伴随着气泡内气相绝热压缩,产生5500K左右的瞬时高温和几十MPa的瞬时高压[7]。进入空化泡中的水蒸气在高温和高压下发生激烈链式反应,产生氢氧自由基(·OH和·OOH),·OH又可结合生成过氧化氢(H2O2),反应为:H2Oultrasound·OH+·H;O2+·H※·OOH;·OH+·OH※H2O2。H2O2进入整个溶液中。对于溶液中的有机物,声化学反应包含热解反应和氧化反应两种类型:疏水性、易挥发的有机物可进入空化泡内进行类似燃烧化学反应的热解反应;亲水性、难挥发的有机物在空化泡气液界面上或进入本体溶液中同空化产生的H2O2和·OH进行氧化反应。2试验装置试验装置如图1所示。1-超声波发生器;2-换能器;3-探头;4-恒温烧杯;5-曝气器图1超声辐照试验装置示意Fig.1Schemeofultrasoundirradiationexperimentalapparatus反应设备主要为探头式发生器(中国科学院声学研究所研制,频率14～20kHz可调,电功率0～250W可调,钛探头直径20mm)、石英玻璃反应器第55卷增刊2003年3月有色金属NONFERROUSMETALSVol.55,supplementMarch2003(直径10cm,高60cm,有效容积500mL)。试验用焦化废水为昆明焦化制气厂焦化废水,废水pH值为8.17,用去离子水配制成不同浓度的反应液。钛探头的声源发射末端插入反应液面下约2～3cm,石英玻璃反应器置于循环控温的水槽中,恒温水槽控制反应系统温度在(25±0.5)℃。超声发生器的钛探头自带循环水冷却装置,以移走反应热防止超声辐照过程中反应器温度过高。在焦化废水的超声降解过程中,用空气连续曝气至反应器内的反应液里,保持溶液处于氧气饱和状态。3试验结果与讨论3.1对比试验分别采用单独活性污泥法、单独超声辐照与超声辐照-活性污泥法联合处理焦化废水,对比试验结果见表1。表1对比试验结果Table1Resultofrelativeexperiment处理方法易降解CODcr/(mg·L-1)难降解CODcr/(mg·L-1)惰性CODcr/(mg·L-1)总CODcr降解率/%活性污泥法0363.15443.8545单超声辐照---65超声辐照-活性污泥法60.13117.68156.8681由表1可以看出,焦化废水反应液经超声辐照-活性污泥法联合处理后,其COD的降解率显著增加,废水中的有机物得到一定的降解,转化为CO2和水。易降解有机物的量由原来的零增加为60.13mg/L;而惰性有机物的量也有明显的减