UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水實驗研究

司亞康，劉艷娟，韓永艷，師夢閃

(1.河北海之潤環(huán)境檢測有限公司，河北 唐山 063000；2.唐山學(xué)院，河北 唐山 063000；3.唐山曹妃甸協(xié)同發(fā)展研究院有限公司，河北 唐山 063000)

UV+H2O2法利用紫外光對有機物的破壞作用和本身的氧化作用及在紫外光的照射下產(chǎn)生氧化性極強的·OH，使該技術(shù)在含有處理難生物降解有機物的廢水處理方面具有較好的應(yīng)用前景[1-5]。國內(nèi)通常制備某種光化學(xué)催化劑，在紫外光的照射下降解有機物，存在成本高，不好實施的問題[6-8]。本文利用該方法對含酚廢水進(jìn)行預(yù)處理實驗研究，研究廢水COD的去除規(guī)律，為難生物降解的廢水處理提供研究依據(jù)，且具有成本低，操作方便的優(yōu)勢，適合工程應(yīng)用。

1 實驗

1.1 實驗用水水質(zhì)

實驗所用的廢水為實驗室模擬配水，0.839 g苯酚加入到1L水中，廢水COD 3158 mg/L，pH值8～9。

1.2 實驗方法

1.2.1 單因素的實驗

取廢水100 mL于200 mL燒杯中，置于磁力攪拌器上，控制一定的轉(zhuǎn)速，研究不同的加入H2O2溶液的濃度、pH值，反應(yīng)時間等影響因素對焦化廢水廢水COD和酚的去除效果，確定反應(yīng)的最佳工藝條件。

1.2.2 正交實驗

設(shè)計了三因素四水平L16(43)正交實驗表，以廢水COD的去除率作為評價指標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化最佳工藝條件。

1.3 實驗檢測指標(biāo)及檢測方法

實驗中主要監(jiān)測指標(biāo)為COD，采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法[9]。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 單因素實驗分析

2.1.1 反應(yīng)時間對廢水COD的去除效率的影響

含酚廢水pH值6，H2O2濃度50 mmol/L，改變反應(yīng)時間分別為30、90、120、180min對含酚廢水COD和酚的去除效果，結(jié)果見圖1。

由圖1可看出，廢水COD的去除率隨反應(yīng)時間的延長呈現(xiàn)了逐漸升高的變化趨勢，當(dāng)反應(yīng)時間為180min，廢水COD的去除率達(dá)到了48.4% ，后期的COD去除率增長變的平緩。考慮到實際應(yīng)用，最佳的反應(yīng)時間為180min開展下步實驗。

圖1 廢水COD去除效果隨反應(yīng)時間變化規(guī)律

2.1.2 含酚廢水pH值對廢水COD去除效率的影響

反應(yīng)時間180min，H2O2濃度50 mmol/L，改變廢水pH值分別為2、4、6、8對廢水COD的去除效果，結(jié)果圖2。

由圖2可知，含酚廢水COD去除率隨pH值的升高呈現(xiàn)了逐漸升高后略微下降的趨勢，在中性至偏堿性條件下效果較好，pH值為2時，廢水COD去除率為31.25%，pH值為6，廢水COD的去除率達(dá)到48.4%。催化劑H2O2具有很高的表面活性能，能夠迅速催化分解產(chǎn)生羥基自由基攻擊難降解的有機物分子，并使之轉(zhuǎn)化為H2O、CO2等無機物質(zhì)。從H2O2試劑的反應(yīng)機理來看，在強酸性的條件下，氧化反應(yīng)產(chǎn)生出有機酸和CO2使得反應(yīng)的速率降低；在堿性條件下可能與羥基自由基產(chǎn)生受到抑制有關(guān)。因此，實驗中確定含酚廢水pH值為6開展下步實驗。

圖2 廢水COD去除效果隨pH值變化規(guī)律

2.1.3 H2O2濃度對含酚廢水COD去除效果的影響

反應(yīng)時間180min，pH值6，H2O2濃度為10、30、50、70 mmol/L對廢水COD的去除效果，結(jié)果見圖3。

圖3 廢水COD去除效果隨H2O2濃度變化規(guī)律

由圖3可知，隨著H2O2濃度的增大，廢水COD的去除率呈上升后緩慢下降趨勢，H2O2濃度為50mmol/L時，廢水COD的去除率為48.4%。H2O2在紫外光照射下能分解成具有強氧化的羥基自由基，與廢水中的酚發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使廢水中的酚濃度降低，但加入的H2O2過多，由于過量的H2O2會與·OH反應(yīng)產(chǎn)生H2O和O2，而過量的·OH又會形成H2O2導(dǎo)致酚的去除效率下降。此外，溶液中過量的H2O2也會與·OH反應(yīng)生成過氧化羥基自由基(HO2·)，而HO2·的氧化性能則相對較弱[10]。實驗確定H2O2濃度為50 mmol/L。

2.2 正交實驗分析

進(jìn)行正交實驗，因素水平表見表1，實驗結(jié)果和方差分析見表2。

表1 L34正交實驗因素和水平設(shè)計

表2 正交實驗結(jié)果

UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水的正交實驗結(jié)果表明，對于含酚廢水COD去除效果的影響因素的大小依次為：反應(yīng)時間>H2O2濃度>廢水pH值。實驗結(jié)果表明，UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水的最佳實驗條件為A3B4C3，即廢水pH值6，反應(yīng)時間180min，H2O2濃度為50 mmol/L，在此條件下廢水COD去除率達(dá)到48.4%。

2.3 UV+H2O2、單一UV、H2O2對酚去除效果的對比實驗

在廢水pH值6，反應(yīng)時間180min，H2O2濃度為50 mmol/L條件下，比較了UV+H2O2、單一UV、H2O2分別去除苯酚的效果，結(jié)果見圖4。

圖4 不同工藝對廢水的去除效果對比實驗

從圖4 可看出，在上述的反應(yīng)條件下單一的UV、H2O2對酚的去除效率分別為6.0%和30.8%，均低于UV+H2O2方法達(dá)到的48.4%的去除效率，UV+H2O2方法由于紫外線和H2O2激發(fā)的·OH來降解苯酚。

2.4 實驗問題提出

單因素及正交實驗確定UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水，在含酚廢水pH值6，反應(yīng)時間180min，H2O2濃度位50mmol/L條件下對廢水COD去除率可達(dá)到48.43%，說明該方法對廢水中的疏水性有機的去除有很好的效果[11]。

另外，上述的實驗室小試實驗，燈管設(shè)計采用了在廢水處理裝置上一定距離照射，為進(jìn)一步增強光輻射的強度。在實驗中試設(shè)計實驗裝置的過程中應(yīng)考慮將紫外燈管設(shè)置于廢水處理裝置內(nèi)部，讓廢水直接接觸。

3 結(jié)論

(1)UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水的的影響因素的大小依次為：反應(yīng)時間>H2O2濃度>廢水pH值。

(2)單因素及正交實驗確定UV+H2O2法預(yù)處理含酚廢水的最佳實驗條件為含酚廢水pH值 6，反應(yīng)時間180min，H2O2濃度位50mmol/L，廢水COD去除率可達(dá)到48.43%。

參考文獻(xiàn)

[1]李 新,劉勇弟,孫賢波,等.UV+H2O2法對印染廢水生化出水中不同種類有機物的去除效果[J].環(huán)境科學(xué),2012,33(8):2728-2729.

[2]張澤彪,劉勤增,崔明超. UV+H2O2法處理焦化廢水的試驗研究[J].環(huán)境科技,2010,23(1):5-7.

[3]黃洪勛,孫亞全,陳明發(fā).高級氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用[J].黑龍江環(huán)境通報,2012,36(3):60-63.

[4] Raufma,Marzoukin,Orbantibk,et al.Photolytic decolorization of rose Bengal by UV/H2O2and data optimization using response surface method[J].Journal of Hazardous Material,2008,159:602-609.

[6] Afzala,Oppenlander T,Bolton J R,et al.A natoxina degradation by advanced oxidation processes:vacuum-UV at 172nm,photolysis using medium pressure UV and UV/H2O2[J].Desalination,2008,81:425-432.

[7] 代莎莎,劉建廣,宋武昌,等.臭氧氧化法在深度處理難降解有機廢水中的應(yīng)用[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2007,22(2):24-26.

[8] 章永鵬,周軍英.幾種高級氧化技術(shù)在農(nóng)藥廢水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].農(nóng)藥學(xué)學(xué)報,2007,9(2):103-109.

[9] 國家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測分析方法編委會.水和廢水監(jiān)測分析法[M].4版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[10] Legrini O,Olibveros E,Braun A M.Photochemical processes for water treatment[J].Chemical Reviews,1993,93(2):671-698.

[11] 李 新,劉勇弟,孫賢波,等. UV/H2O2對印染廢水生化出水中不同種類有機物的去除效果[J].環(huán)境科學(xué),2012,33(8):2728-2730.