高COD 含油廢水的處理研究

賈舒捷

（山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030027）

0 引言

油品在國民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用越來越廣泛，石油、冶金加工業(yè)以及紡織業(yè)等行業(yè)中對油品處理不當(dāng)直接排放至環(huán)境中容易造成水污染[1-2]。廢水中的主要油類物質(zhì)包括有植物油脂、皂類、脂肪酸等。傳統(tǒng)處理高COD 含油廢水主要以均相氧化法為主，此種方法雖然處理效果較為理想，但是要求反應(yīng)條件為酸性，導(dǎo)致處理后有鐵淤泥產(chǎn)生，從而造成對環(huán)境的二次污染[3]。因此，本文提出一種類氧化法，在中性條件下對高COD 含油廢水進(jìn)行處理。具體闡述如下。

1 試驗(yàn)方案

本文將采用試驗(yàn)類比方式最終得出適用于類氧化法處理高COD 含油廢水的最佳工藝條件。本試驗(yàn)所采用的水樣包括有以乳化煤油為主的所配制的模擬含油廢水、煉鋼廠的浮出水和二沉淀池出水三種。

本次試驗(yàn)所采用的催化劑包括有天然黃鐵礦、天然磁鐵礦、三氧化二鐵以及自制負(fù)載型催化劑。其中，自制負(fù)載型催化劑的主要物質(zhì)為石英砂，基于體積浸漬法得出。本次試驗(yàn)對含油廢水處理所采用的關(guān)鍵器件為管式反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 管式反應(yīng)器工作示意圖

由圖1 可知，管式反應(yīng)器包括有混合器、反應(yīng)器和氣液分離器三種。除了管式反應(yīng)器外，根據(jù)試驗(yàn)安排配套如表1 所示的試驗(yàn)儀器。

表1 高COD 含油廢水處理試驗(yàn)儀器

雙氧水會影響高COD 含油廢水的處理效果。因此，為了消除雙氧水對COD 的測量結(jié)果，在實(shí)際試驗(yàn)過程中根據(jù)廢水中COD 值計算雙氧水的添加量，并對注射泵的流量和蠕動泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制；同時，在反應(yīng)中添加一定量的二氧化錳。

2 含油廢水管式反應(yīng)器反應(yīng)條件優(yōu)化

反應(yīng)流速和反應(yīng)溫度是影響高COD 含油廢水處理效果的關(guān)鍵因素，其直接影響雙氧水的氧化反應(yīng)效率。本節(jié)對上述兩項反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)定含油廢水中COD 為1 000 mg/L，按照1∶1 的體積比添加雙氧水。

2.1 反應(yīng)流速對COD 降解效率的影響

設(shè)定反應(yīng)溫度為200 ℃，反應(yīng)流速分別為5、10、50、100、150、200 mL/h。對上述不同流速下雙氧水對含油廢水的降解效果進(jìn)行對比，對比結(jié)果如圖2 所示。

圖2 反應(yīng)流速對含油廢水COD 的降解效果

由圖2 可知，隨著反應(yīng)流速的增加，對含油廢水中COD 的降解效果減弱。其中，當(dāng)反應(yīng)流速為5 mL/h時對應(yīng)COD 的降解效率高達(dá)85.98%；當(dāng)反應(yīng)流速為50 mL/h 時對應(yīng)COD 的降解效率為70%；當(dāng)反應(yīng)流速增加到200 mL/h 時對應(yīng)COD 降解效率減小至45.97%。導(dǎo)致上述現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋寒?dāng)反應(yīng)流速過快時，反應(yīng)液與高COD 含油廢水的接觸時間較短，導(dǎo)致反應(yīng)不充分[4]。

2.2 反應(yīng)溫度對COD 降解效率的影響

設(shè)定反應(yīng)流速為50 mL/h，對反應(yīng)溫度分別為160、180、200、210、220、230 ℃六種情況下對含油廢水中COD 的降解效果進(jìn)行對比。試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 反應(yīng)溫度對含油廢水COD 降解效果的影響

由圖3 可知，隨著反應(yīng)溫度的升高對含油廢水中COD 的降解效果增大；區(qū)別在于，當(dāng)反應(yīng)溫度大于200 ℃時，隨著反應(yīng)溫度的增加對含油廢水中COD的降解效果增大速度減慢。考慮到反應(yīng)溫度增大會對設(shè)備的性能要求提高，綜合節(jié)能和COD 降解效率兩項因素，確定反應(yīng)溫度為200 ℃。

3 催化劑對COD 降解效率的影響

基礎(chǔ)試驗(yàn)條件：設(shè)定反應(yīng)溫度為200 ℃、反應(yīng)流速為50 mL/h，所添加雙氧水為1∶1 的體積比；分別對催化劑為黃鐵礦、磁鐵礦、三氧化二鐵、自制負(fù)載型催化劑和活性炭等五種催化劑對含油廢水中COD 的降解效果進(jìn)行試驗(yàn)，而且五種催化劑對應(yīng)的質(zhì)量均為0.2 g，試驗(yàn)結(jié)果如4 所示。

由圖4 可知，在相同的反應(yīng)溫度和反應(yīng)流速的條件下，以活性炭、黃鐵礦對應(yīng)含油廢水中COD 的降解效果最好。其中，當(dāng)催化劑為活性炭時，對含油廢水中COD 的降解效率高達(dá)83.01%；當(dāng)催化劑為黃鐵礦時，對含油廢水中COD 的降解效率高達(dá)81.31%；其余催化劑對應(yīng)COD 的降解效率均效率70%。因此，對于類氧化法處理含油廢水中的COD 成分時，采用活性碳催化劑為最佳，對應(yīng)地可將雙氧水產(chǎn)生羥基自由基[5]，該成分具有較強(qiáng)的氧化能力，可提高對COD 的降解效果。

圖4 不同催化劑對含油廢水COD 的降解率影響

4 反應(yīng)器形式對COD 降解效果的影響

上述主要針對管式反應(yīng)器對含油廢水中COD 的降解效果進(jìn)行研究。實(shí)際上，除了采用管式反應(yīng)器外還可采用釜式反應(yīng)器對含油廢水中的COD 進(jìn)行降解。通過對比兩種反應(yīng)器對含油廢水中COD 的降解效果得出如下試驗(yàn)結(jié)論：

1）當(dāng)反應(yīng)溫度為200 ℃，反應(yīng)流速為50 mL/h時，反應(yīng)時間為1 h，在上述反應(yīng)條件下，采用管式反應(yīng)器對含油廢水中COD 的降解效率為69.03%，而采用釜式反應(yīng)器對應(yīng)含油廢水中COD 的降解效率為62.40%。

2）當(dāng)采用黃鐵礦作為反應(yīng)的催化劑時，管式反應(yīng)器對含油廢水中COD 的降解率為81.31%，而釜式反應(yīng)器對含油廢水中COD 的降解率為80.33%。

綜上所述，在相同反應(yīng)條件并采用相同催化劑的基礎(chǔ)上，管式反應(yīng)器相比釜式反應(yīng)器可以對含油廢水中的COD 進(jìn)行高效降解。

5 結(jié)語

含油廢水的直接排放會影響地下水的水質(zhì)，從而影響人們正常的生產(chǎn)生活。傳統(tǒng)所采用的催化氧化反應(yīng)對含油廢水中COD 的成分進(jìn)行降解，要求反應(yīng)在酸性條件下進(jìn)行，雖然其具有較好的處理效果，但是反應(yīng)會產(chǎn)生鐵淤泥從而對環(huán)境造成二次污染。本文以管式反應(yīng)器和釜式反應(yīng)器對比研究了類氧化催化反應(yīng)法對含油廢水中COD的降解效果，并得出如下結(jié)論：

1）類氧化催化法其可在中性條件下進(jìn)行，即不會產(chǎn)生鐵淤泥對環(huán)境造成二次污染。

2）以管式反應(yīng)器為例，當(dāng)含油廢水中COD 為1 000 mg/L 時，對應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度為200 ℃，反應(yīng)流速為50 mL/h，催化劑為活性炭。

3）在相同反應(yīng)條件并采用相同催化劑的基礎(chǔ)上，管式反應(yīng)器相比釜式反應(yīng)器可以對含油廢水中的COD 進(jìn)行高效降解。