炼厂废水再生浓水臭氧活性炭催化氧化影响因素与效果的实验研究

摘要

炼化企业污水处理工艺一般包括隔油、气浮、生化和过滤等操作，由于水资源的紧缺，企业通过一些回用装置生产可满足生产需要的水，超滤-反渗透具有高效分离性，而被广泛应用于炼厂废水深度处理中，经过一定的预处理、进入双膜单元，出水可回用为生产用水，反渗透浓水（RO浓水）则由于水质复杂、难降解，直接排放会对环境与人类健康造成潜在的危险，所以有必要对浓水进行深度处理，减少污染物含量，减少对环境的影响。
　　本文采用活性炭催化臭氧氧化处理炼厂废水RO浓水，分别通过静态与动态实验研究活性炭的种类，浓水的pH、反应时间与臭氧投加量等因素对COD去除效率的影响。
　　1.根据影响实验的条件，选取pH、臭氧投加量、反应时间、预处理方式、加入介质种类5个因素，各因素均定3个水平，采用L27（313）正交表进行正交实验设计，综合方差分析与极差分析的结果，确定出因素影响的主次顺序是：预处理方式→反应时间→臭氧投加量→加入介质种类→pH；其中加入介质中，凹凸棒的效果不大，而活性炭的效果较好，因此取活性炭或者改性活性炭作为接下来的预处理或者联合工艺对象。
　　2.静态实验分别采用单独臭氧氧化与活性炭催化臭氧氧化法对RO浓水处理效果进行了研究；考察了不同 pH条件和反应时间对 COD去除效果的影响规律；并对活性炭进行了不同改性，研究各改性活性炭的催化臭氧氧化效率和活性炭投加量的影响，并与单独臭氧氧化处理效果进行对比，为实际工程应用提供工艺与参数指导。结果显示：（1）对于该炼厂RO浓水，pH为偏碱性8.14，反应时间为40min时，臭氧氧化的COD去除率最高可达45％；（2）对活性炭进行氨水、双氧水、硝酸铜改性，实验证明双氧水改性活性炭相比原活性炭的催化效果改善明显，因为臭氧氧化浓水的产物大多为亲水性，这类亲水性物质难以被进一步去除，而双氧水改性可以增加活性炭表面的亲水性基团，有助于活性炭对这些亲水性物质的吸附。用双氧水改性活性炭作为催化剂催化臭氧氧化处理RO浓水时，可加快反应进程，并对COD的去除率有一定的提高；且当双氧水改性活性炭投加量为2g时催化效果最明显；（3）炼化企业 RO浓水的可生化性差，pH为偏碱性时，臭氧可以将大部分难降解有机物氧化为小分子物质，使氧化处理后浓水的B/C值提高至0.62；活性炭催化臭氧氧化出水的B/C为0.45。
　　3.动态实验分别对RO浓水进行了活性炭吸附、单独臭氧氧化和活性炭催化臭氧氧化的实验效果研究；考察了不同臭氧流量与 pH对 COD去除效果的影响规律；研究了活性炭改性与否与活性炭饱和程度对催化臭氧氧化性能差异；并对活性炭催化性能的稳定性和再生后催化性能的恢复情况进行了研究；最后，对处理前后RO浓水进行了红外表征，以此来初步探讨活性炭催化臭氧氧化的机理。结果显示：（1）臭氧流量为0.06L/min，pH为8时的催化臭氧氧化效果较好，臭氧流量过低，对污染物质的氧化不充分，过高时，臭氧的停留时间变短，与活性炭表面的接触不充分；酸性条件下臭氧以直接氧化为主，COD去除效果不佳；pH过高，一方面，羟基自由基（·OH）浓度较高，有互相碰撞发生猝灭的可能，另一方面，在一定碱性程度时也存在一些·OH捕获剂。（2）活性炭改性与否与活性炭的饱和程度对最终处理效果的影响不明显，表明在该实验条件下未改性活性炭的催化氧化已较充分，而且吸附饱和并不影响活性炭的催化活性；（3）活性炭催化臭氧氧化体系中生成了氧化能力更强的·OH，可显著加快反应进程，第一循环便可将COD降低至75mg/L左右，去除1gCOD消耗2.5～4.1g臭氧；循环六次后可将COD降至40mg/L，去除率高达80%；且催化剂的稳定性较高，再生后使用11次，平均出水COD为52.5mg/L，去除率可达74.2%，表明了该工艺在处理RO浓水中的高效适用性。（4）活性炭催化臭氧氧化后，RO浓水的可生化性显著提高，从0.01增加至0.36。

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1 绪论

1.1 双膜工艺的来源

1.2 炼厂RO浓水的水质特性

1.3 炼厂RO浓水的处理现状

1.4 炼厂RO浓水深度处理的目的与意义

2 实验目的与实验内容

2.1 实验目的

2.2 实验内容与技术路线

2.3 主要仪器与材料

2.4 实验RO浓水水质特性

2.5 测定方法

3 静态实验效果研究

3.1 实验装置

3.2 实验方案与因素考察

3.3 单独臭氧氧化效果研究

3.4 活性炭催化臭氧氧化效果研究

3.5 各工艺出水B/C值

3.6 小结

4 活性炭催化臭氧氧化RO浓水的动态实验效果研究

4.1 实验装置

4.2 影响因素

4.3 活性炭的催化效果分析

4.4 活性炭的稳定性与再生效果

4.5 催化机理探讨

4.6 小结

结论与建议

致谢

参考文献

附录A 论文使用的主要符号的意义和单位

攻读学位期间的研究成果