臭氧-过氧化氢体系处理含苯酚废水的探究.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：臭氧 过氧化氢体系处理含苯酚废水的探究王新典，王韶峰，匡佳，周柯沁（江苏开放大学，江苏南京 ）摘要：探索臭氧 过氧化氢耦合氧化体系对废水中苯酚的降解性能。以臭氧为对照组，同时分别改变反应装置的转速、反应温度、臭氧流量、苯酚溶液浓度、苯酚溶液 值、过氧化氢溶液流量等条件，以液相色谱仪分析处理实验数据。结果显示，臭氧 过氧化氢氧化体系对废水中苯酚的降解性能明显强于单一氧化剂。关键词：臭氧；过氧化氢；含苯酚废水；降解中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；臭氧和过氧化氢均为常用的废水处理氧化剂，将其耦合在一起，可形成高性能的氧化体系。苯酚是废水中较为多见的有机污染物，为了探索臭氧 过氧化氢氧化体系对该污染物的降解性能，在不同条件下开展实测。臭氧 过氧化氢高级氧化法应用原理臭氧（）和过氧化氢（）均为氧化剂，在有机废水处理中应用广泛，其各自的氧化原理如下：）的氧化原理在水溶液中，可通过亲电取代反应、偶极加成反应处理有机污染物。单纯使用 处理有机污水时存在一定的缺陷，主要问题为水溶解度差、利用率不足，因而需要增加辅助性措施，如借助生物活性炭、膜材料提高其在污水中的溶解含量 。）的氧化原理过氧化氢分子中存在过氧键，其氧原子为负一价，介于 和 之间，因而兼具氧化性和还原性。在碱性溶液环境下，能够以较快的速度发生化学反应，氧化有机污染物，、均可加速 的分解速度，增强其在溶液中的氧化能力 。以常用的 氧化试剂为例，其溶液中的氧化性物质为 和。）臭氧 过氧化氢高级氧化法臭氧 过氧化氢氧化体系属于高级氧化技术，二者相结合的氧化能力强于 或 的单一作用。该氧化体系是在 氧化试剂中通入，进而产生浓度较高的羟基自由基，从而形成很强的氧化能力。因此，臭氧 过氧化氢氧化体系的氧化能力主要来自于 。表 为、的氧化电位对比结果。表 、的氧化电位氧化物 氧化电位 从表 中可知，的氧化电位明显高于 和 。臭氧和过氧化氢反应产生 的主要过程如下：（）（）（）（）（）（）实验部分 实验条件本次探究实验的主反应装置为 （旋转填充 年 月云南化工 第 卷第 期 ，床），参与反应的物质包括苯酚溶液、溶液，以及。两种溶液从反应装置的不同入口进入反应环境，利用臭氧发生器实时生成，在通入 的过程中，以气体流量计同步进行计量。实验方案 实验中氧化剂的对照组为了检验 耦合氧化体系，分别将 和作为氧化剂对照组，以相同的条件开展实验，观察 种氧化剂的性能。实验操作条件的对照组除氧化剂外，试验过程中的操作条件也是重要的影响因素。操作条件的对照关系包括 转速对照、值对照、苯酚溶液流量对照、反应温度对照、苯酚溶液浓度对照等。实验步骤）配置适宜质量浓度的苯酚溶液，实验中将初始质量浓度设计为 。）调节 反应装置的配套组件，包括旋转装置、气体和液体流量计、蠕动泵等，使转速、的流量、苯酚溶液流量、溶液的流量达到实验初始条件 。）在初始条件运行一段时间后，从装置中取样。再改变反应条件，运行一段时间后取样。每次改变条件后，均要对反应产物取样。）测量样品中苯酚的含量，记录相关数据。实验数据处理方法苯酚污水处理所得的样品用于液相色谱分析，获得液相色谱数据，通过计算液相色谱图中的出峰面积确定剩余苯酚的含量，进而求出苯酚的降解率。结果与讨论 耦合体系下 浓度与苯酚降解率的关系在该实验中，将 的流量设定为 ，的流量和苯酚溶液的流量分别设定为 、，苯酚溶液采用初始浓度。反应过程中温度恒定，设置为 ，所有溶液的 值维持不变。在不同转速条件下检测出苯酚的降解率，得到结果如表 所示。从表 可知，在 种不同的转速下，以不同浓度的 溶液降解废水中的苯酚，最佳降解效果均出现在苯酚质量分数为 时，转速对降解效果具有显著的促进作用，降解率与 浓度的关系呈现出先增加至峰值，再缓慢下降的趋势。表 不同 浓度对苯酚污水的降解率数据转速实验数据 的质量分数 苯酚降解率 的质量分数 苯酚降解率 的质量分数 苯酚降解率 耦合体系下 流量与苯酚降解率的关系在本组实验中，将 溶液的流量、苯酚溶液的流量、反应装置的转速、反应温度、值均设定为恒定值，仅改变 的流量，利用液相色谱仪测定苯酚溶液的降解率，得到结果如表 所示。从表 可知，在 流量为 内，苯酚的降解率处于增长区间。当 流量在 时，废水中苯酚的降解率呈下降趋势。在本组实验条件下，的最佳流量为 。耦合体系下苯酚溶液浓度与苯酚降解率的关系在该组实验中，将 的流量、反应温度、转速、溶液的流量等设定为恒定值，仅改变苯酚溶液的浓度，利用液相色谱仪分析实验数据，求出不同苯酚浓度下的苯酚降解率 。分析对比单一氧化剂和 耦合氧化体系的降解效果，相关实验数据如表 。从表 可知，耦合氧化体系对苯酚的降解性能强于单一的 氧化体系，并且当溶液中苯酚含量越低低时，降解率越高。表 耦合体系下 浓度与苯酚溶液降解率的实验数据流量（）苯酚降解率 年 月云南化工 第 卷第 期 ，表 单一氧化剂和耦合氧化体系下的实验数据氧化剂类型实验数据苯酚溶液质量浓度（）苯酚降解率 苯酚溶液质量浓度（）苯酚降解率 苯酚溶液质量浓度（）苯酚降解率 耦合体系下苯酚溶液 值与苯酚降解率之间的关系将实验条件中的反应装置转速、苯酚溶液流量、苯酚浓度、臭氧流量以及 溶液流量设为固定值，仅改变苯酚溶液的 值，利用液相色谱仪分析数据，计算出苯酚的降解率。将 值的梯度设计为 、。当氧化剂为 时，各个 值所对应的苯酚降解率分别为 、；当氧化剂为 时，各个 值所对应的苯酚降解率分别为 、；当氧化剂为 体系时，各 值对应的苯酚降解率为 、。对比实验数据可知，在相同的 条件下，体系对苯酚的降解性能强于，且随着 值升高，苯酚降解率逐渐升高。耦合体系下温度与苯酚降解率的关系与以上实验方法类似，除温度外，其他实验条件均保持不变。设置不同的温度梯度，对比 耦合氧化体系和 单一氧化体系、单一氧化体系对苯酚的降解性能。温度梯度设计为 、，当氧化剂为 时，对应的苯酚降解率 为 、；当氧化剂为 时，苯酚降解率分别为 、；当氧化剂为 时，苯酚降解率分别为 、。对比可知，在考虑温度因素的情况下，耦合氧化体系对苯酚的氧化性强于，且随着温度升高，苯酚降解率逐渐升高。基于正交试验的 降解含苯酚废水探究 制备实验溶液实验之前先制备苯酚标准溶液，将其质量浓度控制为 ，再利用标准溶液制备含苯酚废水，方法如下：将制备好的苯酚标准溶液吸取至量筒中，精确量取 ，向其中加入二次水，定容为 ，此时得到的苯酚溶液的质量浓度为 。将其作为试验用的苯酚废水。试验中需要的其他溶液为 的 （）（铁氰化钾）溶液、的 （氨基安替吡衝）溶液、的 缓冲溶液、的 溶液。正交试验方法）检测苯酚废水的初始浓度苯酚废水初始浓度检测采用 氨基安替吡衝分光光度法，其检出限为 。）苯酚废水降解在 的锥形瓶中准确量取 的苯酚溶液（质量浓度为 ），根据试验方案，利用 和 降解废水中的苯酚，处理完成后再次检测废水中苯酚的浓度，计算出相应的降解率。试验结果分析）正交试验的因素及水平根据 耦合体系下单因素对苯酚降解率的影响，将 流量、浓度（通过加投量进行控制）、苯酚溶液 值、苯酚溶液浓度（通过加投量进行控制）作为正交试验的影响因素，并设置 个因素水平，具体如表 所示。表 讲解苯酚的因素水平水平因素的加投量 流量 苯酚溶液的初始 值苯酚溶液加投量 ）结果分析正交试验分为 组，、四个因素的取值如表 所示。对比并苯酚的降解率可知，试验组 年 月云南化工 第 卷第 期 ，的降解率最高，达到了 。对 个因素进行方差分析，计算出偏差平方和、均方、自由度以及 值。以偏差平方和为例，计算结果分别为 、。个因素对苯酚降解率的影响程度按照由大到小进行排序，结果为 。由此可见，在 和 的耦合体系下，加投量对苯酚降解率影响最大，其次为苯酚溶液的 值，再次为 的流量，最后为溶液中苯酚的浓度。表 正交试验方案及苯酚降解率试验号因素解率 结语从实验可知，以反应温度、苯酚溶液 值、苯酚溶液流量、流量、过氧化氢流量、反应装置转速为单一变量，在其他条件保持不变的情况下，改变某一变量，对比分析其对苯酚降解率的影响，反应装置转速、废水的 、反应温度值与降解率呈正相关，废水中苯酚的浓度与降解率呈负相关，臭氧流量、过氧化氢浓度对降解率的影响为先升高后下降。与单一的 或者 氧化剂相比，耦合氧化体系的氧化效果有一定的性能优势。参考文献：冯雷雷 臭氧光催化氧化工艺处理工业废水的对比研究 工业水处理，（）：徐卫东，谈娟娟，赵振华，等 臭氧 过氧化氢处理高浓有机废水的研究 精细化工中间体，（）：沈洋 耦合臭氧生物膜工艺处理有机废水的试验研究 化工设计通讯，（）：李天宇 臭氧 双氧水氧化技术在煤化工废水处理中的应用与优化 清洗世界，（）：尹前，王毅博，陈志豪，等 臭氧高级氧化技术处理印染废水的性能对比 西安工程大学学报，（）：收稿日期：基金项目：江苏开放大学“臭氧 过氧化氢体系处理含苯酚废水的探究”（）。作者简介：王新典（），男，辽宁铁岭人，硕士，助理实验师，研究方向：废水处理。