超声空化效应降解焦化废水中有机物的研究_徐金球

第18卷第3期高校化学工程学报No.3Vol.182004年6月JournalofChemicalEngineeringofChineseUniversitiesJune2004文章编号：1003-9015(2004)03-0344-07超声空化效应降解焦化废水中有机物的研究徐金球1,贾金平1,徐晓军2,宁平2(1.上海交通大学环境科学与工程学院,上海200240;2.昆明理工大学环境科学与工程学院,云南昆明650093)摘要:报道了将超声空化效应应用于降解焦化废水中有机物的方法，考查了饱和气体的存在与否、有机物(CODCr)的初始浓度、超声波的声能密度、废水的初始pH值以及废水的温度对超声空化效应降解废水中有机物效果的影响。通过测定自由基清除剂正丁醇对有机物超声降解过程的影响，提出了废水中有机物超声降解的作用机理可能是由超声空化效应在水中产生的·OH自由基使水中的有机物被氧化的过程，有机物的超声降解过程遵循表观一级反应动力学规律。关键词:超声波；空化效应；降解；焦化废水；有机物;作用机理；动力学中图分类号：X784;X703文献标识码：A1前言焦化废水是煤制焦炭、煤气净化以及焦化产品回收过程中产生的废水，其成分复杂多变，属于难处理的工业废水。通常焦化废水中含有大量的焦油、硫化物、氰化物和氨氮，BOD5和CODCr的浓度均很高，其中的有机物主要有酚类物质、单环芳烃和多环芳烃以及含氮、硫、氧的杂环化合物。《污水综合排放标准》(GB8978-96)要求焦化废水新改扩建项目达到的出水排放标椎为NH3-N≤15mg⋅L−1和CODCr≤100mg⋅L−1。过去，国内外去除焦化废水中的NH3-N和CODCr主要采用生化法，其中以普通活性污泥法为主，该方法可有效去除焦化废水中的酚氰类物质，但对于其中难降解有机物和氨氮的去除效果差，焦化废水经过该方法处理后，出水中的CODCr和NH3-N均难以达到排放标准。焦化废水中有毒难降解有机物的处理已经引起了国内外学者的重视，许多学者对此进行了研究，取得了一些新的研究成果[1]。这些研究成果主要可以概括如下：采用厌氧酸化等方法对焦化废水进行预处理；采用湿式催化氧化法、生物强化技术、Fenton试剂、固定化细胞技术、三相气循环流化床和缺氧-好氧-接触氧化法对焦化废水进行二级处理；采用氧化塘深度处理法和粉煤灰吸附法对焦化废水进行三级处理。但这些方法大多数还停留在实验室研究阶段，离实现工业化的目标尚有一定的距离。九十年代以来，国内外学者开始将超声空化效应应用于治理水污染方面的研究，尤其是在治理废水中的有毒难降解有机污染物的研究方面已经取得了一些进展[2,3]。本文将超声空化效应应用于降解焦化废水中的难降解有机物，探索了在超声场作用下的诸多因素对焦化废水中有机物降解效果的影响，并对废水中有机物降解的作用机理和动力学规律进行了研究。2试验部分2.1废水的来源与性质某焦化制气厂的焦化废水主要来自初冷工段的煤气冷凝水、粗苯工段的分离水以及终冷工段和煤气发生站的煤气洗涤水，属于以含酚为主的高浓度难降解有机废水。本试验所用水样为该厂的焦化废水经隔油池和气浮处理后的出水，水样中含CODCr3369.6mg⋅L−1、NH3-N521.46mg⋅L−1、挥发酚549.3mg⋅L−1以及CN−31.77mg⋅L−1，pH值为8.17。水样中的有机物主要为酚类(包括苯酚、甲酚、二甲酚)、单环芳烃(包括苯、甲苯、二甲苯)、多环芳烃(包括二联苯、萘、甲基萘、蒽、菲、芴)、含氮有收稿日期：2003-06-01;修订日期：2003-12-18。基金项目：云南省自然科学基金资助(2001E0019M)。作者简介：徐金球(1965-)，女，湖北通城人，高级工程师，博士。通讯联系人：贾金平，E-mail:jpjia@sjtu.edu.cn第18卷第3期徐金球等：超声空化效应降解焦化废水中有机物的研究345图2饱和气体对废水中CODCr超声降解效果的影响Fig.2TheefficiencyofultrasonicdecompositionofCODCrversustimebyultrasound,aerationofairandtheircombination－■－byultrasoundalone－▲－byaerationofairalone－◆－byultrasound+aerationofair060120180240010203040506070Decompositionefficiency/%Time/min231SampleCoolingWater4CoolingWaterCoolingWaterCoolingWaterCoolingWaterCoolingWater56CoolingwaterCoolingwaterCooling