實(shí)驗室有機(jī)廢水處理O3/H2O2高級氧化技術(shù)

　　實(shí)驗室廢水是指由教育機(jī)構(gòu)的各類實(shí)驗室、工業(yè)研發(fā)實(shí)驗室、國家設(shè)立的分析實(shí)驗室和質(zhì)量保證實(shí)驗室、醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的測試實(shí)驗室在科研、教學(xué)、工業(yè)產(chǎn)品試制等活動中排放的廢水，同時也包括器皿、裝備洗滌水中冷卻水，地面清洗水，消毒用水及其研究過程中廢棄物水等。根據(jù)廢水中所含主要污染物性質(zhì)，可以分為有機(jī)和無機(jī)實(shí)驗室廢水兩大類。

　　實(shí)驗室廢水的排放周期不定，排放量也無規(guī)律性，所含污染物成分較為簡單，但個別污染因子的濃度較高，也具有潛在的危險性，容易造成污染事故，特別是化工類實(shí)驗室的有機(jī)廢水。此類廢水未作處理直接排放進(jìn)入市政管網(wǎng)，對污水處理廠的生物處理過程會造成較大沖擊，給污水處理廠出水達(dá)標(biāo)帶來較大難度。因此要求實(shí)驗室有機(jī)廢水處理技術(shù)與方法具有高效性、簡便性、多用途性。

　　張鐵楷等利用Fenton試劑氧化降解有機(jī)廢水，發(fā)現(xiàn)Fenton試劑處理后廢水中PAM降解率可達(dá)90%以上。?OH具有很高的親電性和電負(fù)性，其電子親和能達(dá)568.3kJ，具有很強(qiáng)的加成反應(yīng)特性。Fenton試劑降解PAM的過程中，F(xiàn)e2+和H2O2快速反應(yīng)生成大量的?OH，而自身被氧化為Fe3+，產(chǎn)生的?OH既可以和有機(jī)物快速反應(yīng)，又在氧化Fe2+的同時生成OH-。在反應(yīng)過程中?OH奪取PAM中的H原子形成有機(jī)自由基，填充不飽和C-C鍵使聚合物迅速降解。Fe2+/S2O2-8復(fù)配體系降解PAM時，南玉明等驗證了PAM化學(xué)降解屬于自由基反應(yīng)。鄧?yán)诘炔捎貌捎肍enton法進(jìn)行處理，對鉆井廢水中有機(jī)物變化及反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究。最佳條件下，F(xiàn)e/C-H2O2耦合工藝出水中芳香化程度和聚合度大幅降低，高分子物質(zhì)完全降解為小分子。徐軍等通過對比臭氧、臭氧催化氧化、臭氧/雙氧水和臭氧/雙氧水催化氧化4種工藝深度處理化工廢水的效果，臭氧/雙氧水處理效果較優(yōu)，利于后續(xù)生化法處理。

　　根據(jù)實(shí)驗室廢水特點(diǎn)，排放量小，成分較為簡單，因此選擇高效簡單的O3/H2O2處理工藝，考察O3/H2O2高級氧化技術(shù)在不同的處理條件(臭氧投加量、H2O2投加量、pH值、反應(yīng)時間)下對實(shí)驗室高濃度有機(jī)廢水中COD的去除率影響，并通過頁巖氣采出水進(jìn)行驗證。

　　1、實(shí)驗

　　1.1 實(shí)驗材料

　　重鉻酸鉀(GR)、水合醋酸鈉(AR)、冰醋酸(AR)、甲酸鈉(AR)、由成都科龍試劑廠提供。

　　實(shí)驗廢水采用某測試公司實(shí)驗室中采用GC-MS、氣相色譜儀、紅外測油儀等儀器分析后產(chǎn)生的廢水;廢水中主要含二氯甲烷、乙醇、四氯化碳等有機(jī)污染物，COD含量為1250mg?L-1，色度為50倍。

　　1.2 實(shí)驗儀器

　　MCB3-20型臭氧發(fā)生器，青島國林;可見光分光光儀，上海佑科。

　　1.3 實(shí)驗方法

　　1.3.1 COD的測定

　　采COD的測定用國標(biāo)GB/T11914-1989(水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法)。

　　1.3.2 O3/H2O2高級氧化技術(shù)對實(shí)驗有機(jī)廢水處理方法

　　取100mL廢液置于1000mL臭氧反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器電壓、電流向其通入臭氧同時加入H2O2，通過改變臭氧投加量、H2O2投加量、pH值等條件，在一定的曝氣反應(yīng)時間后測量廢水中COD含量。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 臭氧投加量對實(shí)驗廢水中COD去除率的影響

　　如圖1所示，當(dāng)pH值為10，H2O2投加量為0.5mg?L-1，曝氣時間30min，實(shí)驗廢水中COD含量隨著臭氧投加量的增加而降低，去除率先快后慢。當(dāng)臭氧投加量達(dá)到40mg?L-1后去除率達(dá)到80.34%。臭氧投加量的增加可增加試驗廢水中?OH含量，增加?OH與實(shí)驗廢水中有機(jī)物接觸提高氧化效率。

　　2.2 pH值對實(shí)驗廢水中COD去除率的影響

　　改變pH值，當(dāng)臭氧投加量為40mg?L-1，H2O2投加量為0.5mg?L-1，曝氣時間30min，實(shí)驗廢水中COD去除率如圖2所示。

　　圖2中隨著pH值的增加實(shí)驗廢水中COD的去除率減小，這與其他臭氧催化反應(yīng)實(shí)驗研究不一致，但與臭氧在廢水中分解?OH為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論一致，在試驗中投加了H2O2，H2O2進(jìn)入廢水中在酸性條件下迅速分解生成氧化能力很強(qiáng)的?OH，其氧化電位高達(dá)2.70V，僅次于氟。?OH，使臭氧進(jìn)入廢水時不需要調(diào)節(jié)為堿性提供?OH而發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。在O3/H2O2反應(yīng)體系中，?OH的產(chǎn)生和淬滅可以歸結(jié)為如下反應(yīng):

　　2.3 雙氧水投加量對實(shí)驗廢水中COD去除率的影響

　　改變H2O2的投加量，當(dāng)臭氧投加量為40mg?L-1，pH為3，曝氣時間30min，實(shí)驗廢水中COD的去除率隨著投加量的增加而提高，但當(dāng)投加量達(dá)到0.7mg?L-1以后，COD的去除率開始降低如圖3所示。

　　H2O2進(jìn)入廢水中分解生成氧化能力很強(qiáng)的?OH，不僅增加了廢水中?OH含量為廢水中有機(jī)污染物提供更多的接觸機(jī)率而被氧化，同時為臭氧進(jìn)入廢水中提供?OH，激發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，但隨著H2O2的投加量增加?OH濃度增加，增加?OH之間接觸而淬滅使實(shí)驗廢水中COD的去除率降低。

　　2.4 反應(yīng)時間對實(shí)驗廢水中COD去除率的影響

　　反應(yīng)時間對實(shí)驗廢水中COD的去除率影響如圖4所示，當(dāng)臭氧投加量為40mg?L-1，H2O2投加量為0.5mg?L-1，pH為3，隨著曝氣時間的增加實(shí)驗廢水中COD的去除率增加，但到40min后，其COD去除率變化平穩(wěn)。當(dāng)臭氧投加量、H2O2的投加量一定后，反應(yīng)體系中提供的強(qiáng)氧化性物質(zhì)恒定，隨著反應(yīng)時間的延長，實(shí)驗廢水中有機(jī)物的去除率并不能大幅度提高，因此當(dāng)臭氧投加量為40mg?L-1、H2O2的投加量為0.7mg?L-1時，100mL實(shí)驗廢水在反應(yīng)40min后，其COD的去除率達(dá)到90%以上。

　　2.5 O3/H2O2高級氧化技術(shù)對頁巖氣采出水中COD去除率影響

　　為考察O3/H2O2高級氧化技術(shù)對不同廢水中COD去除效果評價，將COD濃度分別為1426mg?L-1的頁巖氣采出水、762mg?L-1的頁巖氣壓裂返排液，各取100mL按1.3.2方法處理，當(dāng)臭氧投加量為40mg?L-1、雙氧水投加量為0.7mg?L-1、pH值為5、反應(yīng)時間為40min時，頁巖氣采出水的COD濃度為166.84mg?L-1，COD去除率達(dá)到88.30%，頁巖氣壓裂返排液的COD濃度為97.5mg?L-1COD去除率達(dá)到87.20%。因此O3/H2O2高級氧化技術(shù)對其他廢水中COD的去除也有較好效果。

　　3、結(jié)論

　　(1)通過考察O3/H2O2高級氧化技術(shù)在不同條件下對實(shí)驗室有機(jī)廢水中COD去除率的影響，確定了最佳處理條件:臭氧投加量為40mg?L-1、雙氧水投加量為0.7mg?L-1、pH值為5、反應(yīng)時間為40min時，其COD去除率達(dá)90.41%，可排入城市管網(wǎng)。

　　(2)采用O3/H2O2高級氧化技術(shù)在相同條件下處理的頁巖氣采出水、頁巖氣壓裂返排液，其COD去除率達(dá)85%以上，因此O3/H2O2高級氧化技術(shù)對其他廢水中COD的去除也有較好效果。(來源：中海油石化工程有限公司)