利用危險廢物焚燒殘渣處理印染廢水的研究

陳生杰張文超楊峰李殿秀趙永德(．河南天辰環保科技股份有限公司， 河南 鄭州 459；．河南

省科學院化學研究所， 河南 鄭州 450002)

利用危險廢物焚燒殘渣處理印染廢水的研究

陳生杰1張文超1楊峰1李殿秀1趙永德2(1．河南天辰環保科技股份有限公司， 河南 鄭州 451192；2．河南

省科學院化學研究所， 河南 鄭州 450002)

利用危險廢物焚燒殘渣、氧化鋁、活性炭及凹凸棒通過浸漬、成型、焙燒等工藝制備出復合催化劑，通過單因素優化實驗發現：當體系反應溫度為50℃、催化劑投加量為40g/l、雙氧水投加量60ml/l、pH=3時，廢水COD去除率可達85.87%。

焚燒殘渣；催化氧化；單因素實驗

隨著工業的發展及技術的更迭，越來越多的染料被用于印染工藝，伴隨的是印染廢水處理難度急劇增加，濕式催化氧化法能夠利用催化劑的催化作用，加快廢水中有機物與氧化劑間的呼吸反應，從而加速廢水中有機物的分解及去除[1-3]。因此，催化劑性能將對處理效果有著最為直觀的影響，然而由于活性炭、氧化鋁等作為催化劑載體具有回收難度大，機械強度低等特點使其使用受到較為嚴重的制約[4]。

危險廢物焚燒殘渣具備疏松、多孔、產生量大等特點使其成為一種獨特的功能載體[5]。本文以凹凸棒為粘合劑復合活性碳、氧化鋁、焚燒殘渣等制備多元催化劑體系，研究其對印染廢水處理的影響因素及效果。

1 實驗部分

(1)實驗原料 本實驗所采用的焚燒殘渣取自河南省鄭州市某危險廢物處理單位，采用“回轉窯+二燃室”聯合處理工藝，經水冷后所得。在工況穩定運行下，經過連續取樣，烘干、破碎后過200目篩。主要成分(%)為：SiO228、Fe2O318、CaO 12、TiO211、Al2O39、MgO4。

本實驗所采用的印染廢水為車間處理原液，COD約為1000mg/l。

實驗所用到的試劑主要有：30%雙氧水、硫酸、氧化鋁、活性炭、凹凸棒土(市售)、氫氧化鈉等。

(2)實驗設備及儀器 實驗過程中所用到的設備及儀器有：ZSXPrimus Ⅱ型X射線熒光光譜儀、GX-04型粉碎機、SX-2．5-10型馬弗爐、烘箱、723N型可見分光光度計、磁力攪拌機、HH型水浴鍋等。

(3)催化劑的制備 通過前期實驗，按照質量比為10∶5∶2∶1分別稱取焚燒殘渣、凹凸棒土、氧化鋁、活性炭置于瑪瑙研缽中充分混勻，隨后將其轉移至濃度為0．8mol/l的Cu(NO3)2溶液內的浸漬120min，利用人工或造粒機對其進行成型，制成粒徑約為1．0mm的小球，將所得試樣放入馬弗爐內在800℃下進行高溫焙燒120min，隨爐冷卻即得實驗所用復合催化劑。

(4)催化氧化實驗 取100ml印染廢水于燒杯中，調節pH后加入一定量的催化劑及雙氧水，隨后將其轉移至水浴鍋內，利用磁力攪拌機對其進行攪拌，觀察實驗現象并計算其COD去除率。

2 結果及討論

(1)反應溫度 設定不同反應溫度，利用催化劑對其進行催化氧化，結果如表1所示。

從圖1可以看出，當反應溫度為50℃時，COD的去除率已為80%以上，催化氧化呈現出高處理效果的原因可能為：

催化劑中所負載的Cu2+能夠與雙氧水之間發生類芬頓反應[6-8]從而產生大量的·OH，其反應原理如下：

由于·OH的存在使得催化劑能夠對印染廢水進行高度氧化處理，從而降低廢水的COD。而隨著溫度的提高、反應的進行，產生羥基自由基的量逐漸增大，廢水COD的降解速率進一步加強。從表1還可以看出，當溫度升至60℃時，COD去除率的增長率已經降低，考慮到經濟、設備損耗等因素，設定反應溫度為50℃。

(2)催化劑投加量 在反應溫度為50℃條件下添加不同劑量的催化劑對其進行催化氧化，結果如表2所示。

從表2可以看出，當催化劑投加量為40g/l時，印染廢水COD的去除率達到最高，為85．62%，但隨著投加量的進一步增大，COD去除率呈現降低的態勢，原因可能為：隨著催化劑投加量的不斷增大，反應初期所產生的自由基數量逐漸增大，從而對印染廢水產生急劇的降解作用，而當投加量過大時，體系中可能發生如下自消解反應[9-10]：

OH的消解使得體系內用于氧化印染廢水的有效活性組分量逐漸減少，從而使得廢水COD的去除效果呈現出降低的趨勢。因此，催化劑的適宜投加量為40g/l。

(3)雙氧水投加量 通過對反應溫度及催化劑投加量的論證，探討不同雙氧水投加量下印染廢水處理效果，結果如表3所示。

從表3可以看出，隨著雙氧水投加量的逐漸增大，印染廢水COD的去除率逐漸增大，當其投加量為60ml/l時，廢水COD的去除率已達到83．76%，同樣地，由于反應(3)及(4)的存在使得氧化劑的投加量進一步增大時，廢水COD的去除率呈現出降低的趨勢。

(4) pH 通過對反應溫度、催化劑投加量、雙氧水投加量的最優化探索，探討不同pH條件下印染廢水處理效果，結果如表4所示。

從表4可以看出，當體系pH較低時，催化劑對廢水的處理效果較為明顯，而隨著pH的不斷升高，廢水的COD去除率逐漸降低，原因可能為：從反應(2)可以看出，隨著pH的逐漸降低，H+逐漸提高，加速正反應的進行，提高了OH的濃度，從而加速印染廢水COD的去除。

3 結語

(1)利用危險廢物焚燒殘渣制備復合催化劑用于印染廢水處理效果顯著。(2)通過單因素實驗確定最優化實驗參數為：反應溫度50℃、催化劑投加量40g/l，雙氧水投加量60mg/l，pH=2。

[1]MikulováJ,Rossignol S,B a r b i e r J,e t al.Ruthenium and platinum catalysts supported on Ce,Zr,Pr-O mixed oxides prepared by soft chemistry for acetic acid wet air oxidation[J].Applied Catalysis B Environmental,2007,72(1–2):1-10.

[2]何潔,楊曉芳,張偉軍,王東升.米Fe3O4-H2O2非均相Fenton反應催化氧化鄰苯二酚[J].環境科學,2013,05:1773-1781.

[3]王彥斌,趙紅穎,趙國華,王宇晶,楊修春.基于鐵化合物的異相Fenton催化氧化技術[J].化學進展,2013,08:1246-1259.

[4]洪浩峰,潘湛昌,徐閣,肖楚民,魏志鋼,徐慎穎.活性炭負載催化劑臭氧催化氧化處理印染廢水研究[J].工業用水與廢水,2010,03:29-33.

[5]鄧友華,汪美貞,馮華軍,沈東升.危險廢物焚燒殘渣中銅的浸出特性研究[J].科技通報,2012,07:169-172.

[6]李春娟.芬頓法和類芬頓法對水中污染物的去除研究[D].哈爾濱工業大學,2009.

[7]范春貞.類芬頓試劑液相氧化法脫硫脫硝的實驗研究[D].湖南大學,2013.

[8]Sun J,Meng X,Shi Y,et al.A Novel Catalyst of Cu–Bi–V–O Complex in Phenol Hydroxylation with Hydrogen Peroxide[J].Journal of Catalysis,2000,193(2):199-206.

[9]Kurian M,Sugunan S.Wet peroxide oxidation of phenol over mixed pillared montmorillonites[J]. Chemical Engineering Journal,2006,115(3):139-146.

[10]王利平,沈肖龍,倪可,李祥梅.非均相催化臭氧氧化深度處理煉油廢水[J].環境工程學報,2015,05:2297-2302.

Research on treatment dyeing wastewater by hazardous waste incineration residue

CHEN Shengjie1, ZHANG Wenchao1, YANG Feng1, LI Dianxiu1, ZHAO Yongde2(1.Henan Tianchen Environment Protection Science & Technology Co.,LTD, Xinzheng 451192, China; 2.Institute of Chemistry Henan Academy of Science, Zhengzhou 450002, China)

U s i n g h a z a r d o u s w a s t e i n c i n e r a t i o n residue,alumina,activated carbon and attapulgite by dipping,molding and roasting process to prepare multiplex catalyst,then according to single factor optimization experiment found that dyeing wastewater COD removal rate can reach to 85.87% when the reaction temperature was 50℃,catalyst dosage was 40g/l,hydrogen peroxide dosage was 60ml/l and pH=3.

incineration residue; catalytic oxidation; single factor experiment

表1 反應溫度實驗結果

表2 催化劑投加量實驗結果

表3 雙氧水投加量實驗結果

表4 pH實驗結果