暴氣法降解煉化廢水中COD的研究

1、超聲/暴氣法降解煉化廢水中COD的研究摘要：目的：研究超聲波對(duì)煉化廢水中COD的降解作用。方法：利用超聲與曝氣相結(jié)合的方法處理不同酸堿度和不同COD濃度下的有機(jī)廢水，考察多種因素諸如超聲作用時(shí)間、曝氣、pH值等對(duì)COD降解率的影響。結(jié)果：在堿性環(huán)境和50W(頻率為20kHz)的超聲處理下，當(dāng)原水COD濃度大約在273mg/L時(shí)降解率較好，在超聲同時(shí)間歇式曝氣下處理15min降解率可達(dá)58.2%。結(jié)論：超聲波/暴氣法可以提高COD的降解率，且堿性環(huán)境下COD降解率要比酸性環(huán)境下好。論文關(guān)鍵詞：超聲/曝氣,空化,酸堿度,降解率,COD,聲化學(xué)1 超聲波的降解機(jī)理超聲波促進(jìn)化學(xué)反響的機(jī)理十分復(fù)雜，至

2、今尚沒(méi)有權(quán)威的解釋，較為常用的是熱點(diǎn)模型(Hot Spot Theory)、聲空化效應(yīng)(Acoustic Cavitation)，該理論認(rèn)為當(dāng)超聲波進(jìn)入水體，會(huì)在水體中的弱點(diǎn)部位(如氣泡、懸浮物)引發(fā)空化氣泡，空化泡在超聲波正壓下收縮，局部空化泡收縮時(shí)外表速率超過(guò)聲速而迅速破裂，在空化泡崩潰的瞬間其周圍極小空間范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溫度高達(dá)1900-5500K、溫度變化率高達(dá)109 K/s、壓力超過(guò) 50MPa的熱點(diǎn)(Hot Spot)，并在空化泡崩潰的瞬間伴有強(qiáng)烈的高溫高壓沖擊波和時(shí)速高達(dá)400km的微射流等現(xiàn)象。液體的聲空化過(guò)程就是集中聲場(chǎng)能量并迅速釋放的過(guò)程，這就為有機(jī)物的降解創(chuàng)造了一個(gè)極端的

3、物理環(huán)境。聲化學(xué)反響主要源于聲空化液體中空腔的形成、振蕩、生長(zhǎng)、收縮至崩潰及其引發(fā)的物理、化學(xué)變化。2 實(shí)驗(yàn)局部2.1 儀器與試劑濃鹽酸(HCl含量20.24%)，NaOH(化學(xué)分析純)；德國(guó)H199109型COD快速測(cè)定儀，德國(guó)C9800型消解系統(tǒng)， UP50型超聲波發(fā)生器BOD5油硫化物酚SS范圍6-9150-35054-907.8-11.71.9-3.62.2-4.358-125均值8.5350689.52.63.5902. 2實(shí)驗(yàn)方法本實(shí)驗(yàn)采用槽式實(shí)驗(yàn)裝置，廢水直接放入超聲清洗槽中進(jìn)行處理，通過(guò)外加酸堿來(lái)調(diào)節(jié)原水的pH(酸堿度)，以考察多因素諸如超聲作用時(shí)間，原水COD濃度，酸堿度等對(duì)

4、COD降解率的影響。 由于暴氣僅僅是為了強(qiáng)化溶液的傳質(zhì)效果，所以本實(shí)驗(yàn)中，我們采用了間歇曝氣的方式，以促進(jìn)超聲對(duì)廢水的降解效果。利用德國(guó)H199109型COD快速測(cè)定儀以及配套的C9800型消解系統(tǒng)對(duì)COD進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)定。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論3.1比照實(shí)驗(yàn)為了考察不同處理方式對(duì)COD降解率的影響，我們對(duì)COD濃度在250mg/L左右的廢水分別進(jìn)行了靜置、單獨(dú)暴氣、單獨(dú)超聲以及超聲結(jié)合暴氣等處理，并進(jìn)行了五次采樣其數(shù)據(jù)如下列圖2所示：表2 不同處理方式下COD的降解率Table 2 The degradation COD under different treatment methods工程 原

5、水COD處理15分鐘下5次采樣COD濃度(ppm)平均降解率%254263247273266靜 置2482492312622544.53單獨(dú)暴氣2512412232382368.75單獨(dú)超聲16815715715916338.3超聲/暴氣11711912111411455.1從表2中可以看出在靜置、單獨(dú)暴氣的處理方式下COD濃度也會(huì)有所降低，但降低幅度不是很大分別為4.53%和8.75%，其主要原因是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所用水質(zhì)取自煉油廢水生化處理段，由于微生物的存在使得廢水自身還具有一定的自凈化能力，暴氣使得某些耗氧微生物的分解能力增強(qiáng)，所以在暴氣情況下COD降解率較單獨(dú)靜置下稍高一些，但由于微生物的分

6、解能力有限，所以當(dāng)COD濃度到達(dá)一定范圍時(shí)，不能夠再降低。在單獨(dú)超聲處理下COD的降解率要明顯高于前兩者，到達(dá)了38%以上；暴氣那么強(qiáng)化了溶液的傳質(zhì)效果使得聲空化閾值降低，從而增強(qiáng)了超聲對(duì)COD的降解作用，使得COD去除率達(dá)55%以上。3.2 時(shí)間對(duì)COD超聲降解率的影響在堿性環(huán)境下pH=8.5我們對(duì)COD濃度在273mg/L的廢水分別進(jìn)行了單獨(dú)超聲、超聲結(jié)合暴氣兩種方式的處理，得到其COD濃度隨時(shí)間的變化如下列圖1所示。圖1 降解率與時(shí)間的關(guān)系Fig.1 the relationship between degradation rate and time從圖1 可以看出處理時(shí)間并不是越長(zhǎng)越好

7、，本試驗(yàn)中兩種處理方式下COD的降解率分別在20和15分鐘時(shí)到達(dá)了最大值即44%和58.2%，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)COD降解率反而下降。這樣的結(jié)果可能與COD的測(cè)定方式有關(guān)。當(dāng)超聲波直接作用于綜合廢水時(shí)，超聲波作用初期，一局部有機(jī)物發(fā)生降解，而這局部有機(jī)物可能大局部正是COD測(cè)定中所用重鉻酸鉀易于氧化的成分，因此表現(xiàn)出COD值明顯降低，但超聲波可能也同時(shí)產(chǎn)生另外2種作用：一是打碎廢水中的局部懸浮顆粒以使油脂被乳化分散在水中，致使廢水中溶解的有機(jī)物增多；一是使廢水中不易被重鉻酸鉀氧化的有機(jī)物發(fā)生降解，成為可以被重鉻酸鉀氧化的有機(jī)物。這2種作用均導(dǎo)致COD值增加。由此可見，超聲處理時(shí)間的長(zhǎng)短也是影響

8、降解率的一個(gè)重要因素，因此，適當(dāng)?shù)某暡ㄗ饔脮r(shí)間對(duì)于最大限度地降低水樣中的有機(jī)物含量十分重要。3.2 酸堿度pH值對(duì)COD超聲降解率的影響對(duì)于COD初始濃度為273mg/L的煉化廢水，利用酸堿將其pH值分別調(diào)節(jié)為6、6.5、7、7.5、8、8.5、9。在超聲結(jié)合間歇式暴氣下處理15min，得到的COD超聲降解率如下列圖2所示圖2 pH對(duì)COD降解率的影響Fig.2 The influence of pH on COD degradation從圖2可以看出，原水的pH值對(duì)COD超聲降解效率有很大的影響，且隨著原水pH值的增大COD超聲降解效果明顯增強(qiáng)，但當(dāng)原水pH值高于8.5時(shí)，COD的降解率又

9、有所回落，因此我們可得到結(jié)論，在弱堿性條件下COD的超聲降解效率要比在弱酸性條件下好。主要是因?yàn)?，溶液的PH值主要影響有機(jī)物在水中的存在形式，造成有機(jī)物各種形態(tài)的分布系數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致降解機(jī)理的改變，進(jìn)而影響有機(jī)物的降解率。對(duì)于有機(jī)酸堿性物質(zhì)的超聲降解，PH值起較大作用。對(duì)于有機(jī)酸有機(jī)堿的超聲降解，應(yīng)盡量在酸性和堿性條件下進(jìn)行，這樣更有利于有機(jī)物分子以更大的比例分布在氣相中參與熱分解。反之，當(dāng)有機(jī)物分子以鹽的形式存在，水溶性增加，揮發(fā)度降低，使得空化氣泡內(nèi)部和氣液界面處的有機(jī)物濃度較低，不利于超聲降解。3.3 原水初始濃度對(duì)COD超聲降解率的影響將原水初始COD濃度分別為154mg/L，197

10、mg/L，273mg/L，307mg/L，337mg/L的煉化廢水，在pH=8.5的弱堿性環(huán)境下利用超聲結(jié)合間歇式暴氣處理15分鐘，其各自COD的超聲降解效果如下列圖3所示。圖3 不同COD濃度下的降解率Fig.3 The degradation on different COD concentration從圖3中可以看出，COD的初始濃度在273mg/L時(shí)，降解效果最好，達(dá)58.2%，但是當(dāng)原水的COD濃度低于200mg/L時(shí)，降解效果那么明顯下降，在154mg/L時(shí)甚至出現(xiàn)了負(fù)降解；當(dāng)COD濃度高于300mg/L時(shí)雖也有一定的降解效果，但遠(yuǎn)不如在273mg/L時(shí)好。這可能與超聲的作用效果以

11、及原水中COD的組成成分有關(guān)，即超聲波對(duì)廢水中COD的降解具有選擇性。4 結(jié)論本實(shí)驗(yàn)中，我們探索了超聲對(duì)石油煉化廢水中COD的降解作用，在室溫條件下，我們分別對(duì)不同COD濃度的廢水，進(jìn)行了靜置、單獨(dú)超聲、單獨(dú)曝氣、超聲結(jié)合曝氣的實(shí)驗(yàn)研究，并且對(duì)不同處理時(shí)間、不同PH值下的超處理效果進(jìn)行了初步探索。得到的結(jié)論如下：1在堿性環(huán)境和50W(頻率為20kHz)的超聲處理下，當(dāng)原水COD濃度273mg/L時(shí)降解率較好。在超聲同時(shí)間歇式曝氣下處理15min降解率可達(dá)58.2%。2超聲處理時(shí)間并不是越長(zhǎng)越好。在本試驗(yàn)中，當(dāng)超聲處理15min時(shí)，降解效果最好。時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)COD降解率有所下降。3超聲波對(duì)于廢

12、水中COD的降解作用具有一定的選擇性。當(dāng)原水COD濃度過(guò)于低或者過(guò)于高時(shí)，降解效果那么不太明顯。參考文獻(xiàn)：【1】謝學(xué)群。超聲在污水處理中的應(yīng)用，環(huán)境保護(hù)，1998，(9)：12?！?】卞華松，張大年，趙一先。水污染物的超聲波降解研究進(jìn)展，環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2000，1(1)：5664?！?】吳勝舉。超聲波處理水體污染物的研究狀況與開展，物理，2001，30(12)：782786。【4】謝冰。超聲波作用下有機(jī)污染物的降解，水處理技術(shù)，2000，26(2)：114119。【5】Gonze E, Fourel L and Conthier Y. Wastewater pretreatment

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