_超声波强化臭氧技术处理造纸废水研究

第33卷第6期大连大学学报Vol.33No.62012年12月JOURNALOFDALIANUNIVERSITYDec.2012超声波强化臭氧技术处理造纸废水研究张晶*，何可莹，魏峻峰，徐继润（大连大学环境与化学工程学院，辽宁大连116622）摘要：本文采用超声波强化臭氧技术处理造纸废水，考察了臭氧进气流量、pH值、超声功率和反应时间等因素对COD去除率的影响。实验表明，COD的去除率随着超声功率的增大而增大，而最佳的臭氧进气流量为0.2m3/h，最佳的pH为8。当进水COD浓度为733.4mg/L、pH值为8、臭氧进气量0.2m3/h、US功率100W，反应时间30min时，超声波强化臭氧技术的COD去除率为87.3%，而臭氧氧化技术的COD去除率为36.3%，前者比后者高51%，具有明显的优越性。关键词：臭氧；超声波强化臭氧；COD去除率中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1008-2395(2012)06-0059-04收稿日期：2012-09-26作者简介：张晶（1979-），女，博士，讲师，研究方向：污水处理工程及模拟优化。１引言20世纪80年代以来，高级氧化技术AOP(AdvancedOxidationProcess)引起了世界各国环境科技界的广泛重视；它的特点是通过物理或化学手段产生氧化能力很强的活性自由基，这些自由基能有效分解有机污染物，甚至彻底地将有机污染物氧化分解为二氧化碳、水和矿物盐等无害无机物，不会产生新的污染[1]。但是分子臭氧的直接氧化具有很强的选择性，且直接反应的氧化速度较慢，氧化效率低，操作费用高，因此，臭氧的氧化特性决定了单独臭氧氧化技术有很大的局限性。近年来，臭氧氧化技术有了新的发展，主要表现在臭氧氧化技术与其他技术的联合使用来提高臭氧的分解速率，提高臭氧的氧化效果；在实际应用中，臭氧往往与催化剂、超声波、活性炭、紫外线等联用来提高其氧化性能[2,3]。在臭氧与众多水处理技术的耦合中，超声波/臭氧联用技术较为新颖，本文用于造纸废水的处理。2实验部分2.1试验装置与进水水质试验装置示意图如图1所示。反应器为有机玻璃制作的有机玻璃柱，高度为30cm，内径为14cm，有效容积为2.5L，采用超声波清洗器作为超声波发生器。将反应器放入超声波发生器中，单独臭氧氧化试验时，不开超声波发生器，超声－臭氧试验时，同时开启臭氧发生器和超声波发生器。试验用水为造纸废水生化后的出水，COD浓度为670~1000mg/L，pH值为7.8至8.6。图1试验装置示意图试验装置示意图2.2分析项目、方法及仪器依据研究目的，本试验确定主要控制指标为：出水的有机物(COD)去除率、pH。以上项目均依照国家环保局颁布的标准方法进行测定。COD测定采用重铬酸钾法、pH值采用玻璃电极法(pHS-30型精密pH计)。臭氧发生器(XFZ-5B，清华大学仪器设备厂)、超声波发生器(KQ-400DB型数控超声波清洗器)。60大连大学学报第33卷2.3实验方法取一定量废水(约3L左右)，调节pH值和温度；然后注入到反应器中，再将反应器放置到超声波发生器中。单独臭氧氧化时，打开臭氧发生器并调节臭氧出口与进气流量，同时开始计时，主要考察臭氧进气流量和pH值对COD去除率的影响。超声波-臭氧时，打开臭氧发生器调节臭氧出口与进气流量并调节超声波发生器的温度与功率，主要考察超声波功率、初始COD浓度和反应时间对COD去除率的影响。3结果与讨论3.1单独臭氧氧化试验3.1.1臭氧进气量的影响在COD初始浓度为687.4mg/L，pH为8，O3进气量分别在0.05m3/h，0.1m3/h，0.2m3/h，0.3m3/h时，对造纸废水COD去除效果如图2所示。图2不同臭氧进气量下不同臭氧进气量下COD的去除率的去除率由图2可知，在一定范围内，臭氧进气量的增大有利于造纸废水COD的去除。COD的去除率随O3进气量的增加而增加，但并非线性增加。当O3的进气量从0.2m3/h增至0.3m3/h时，COD的去除率均随之明显增大，再继续增加O3的进气量，处理效果无明显变化。从曲线上看，流量大于0.2m3/h的两条曲线已接近重合；同时，随时间的进行，降解速率也降低，从曲线上看就是曲线趋于平缓，斜率减小。这可能有两个方面的原因：一是臭氧在水溶液中的溶解度是比较小的，当达到一定流量使臭氧在水中达到饱和状态后，再提高臭氧的流量臭氧也不会在水中再溶解，也就是说在水中臭氧的浓度就不会再改变，因此，与造纸废水作用的臭氧的量是一定的，多余的臭氧没有与造纸废水反应就直接排出了，在臭氧气体流量达到0.3m3/h时，可以看到比较明显的气泛现象，这说明多余的臭氧并没有参加反应；二是由于臭氧氧化过程中，臭氧向液相的传质为液膜控制过程，随着进气量的增大，液相传质系数增加，单位时间单