臭氧催化氧化和PACT法聯(lián)用技術處理有機硅廢水

———臭氧催化氧化和PACT法聯(lián)用技術處理有機硅廢水有機硅作為一種高性能新材料，在建筑、交通運輸、石油化工、醫(yī)療、航空等工業(yè)領域和高新技術產(chǎn)業(yè)都有所運用。由于下游產(chǎn)業(yè)的需求量非常浩大，有機硅需求量的增長速度始終要高于同期的GDP增長速度，中國也已成為有機硅生產(chǎn)和消費大國。有機硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水COD濃度高，酸度偏高，可生化性能較差，并且有機污染物的種類繁多，重金屬離子成分簡單。本試驗采納臭氧氧化技術與PACT法聯(lián)用，進行有機硅廢水處理出水的深度處理，提高廢水可生化性，降低COD。

工業(yè)廢水經(jīng)過一級二級處理后難以達到合成樹脂工業(yè)污染物排放標準，可生化性降低。臭氧氧化法作為一種高級氧化法，提高水中羥基自由基(-OH)的濃度。而羥基自由基擁有高達2.8V的氧化還原電位，可以將生物法難以處理的大分子有機物轉化成小分子。生物活性炭法(PowderActivatedCarbonTreatment，PACT)在好氧污泥中投加粉末活性炭，利用好氧污泥的生化作用和活性炭的吸附作用處理生化性能已提高的廢水。本試驗主要討論pH值、催化劑種類對臭氧氧化結果的影響，以及臭氧氧化與PACT技術聯(lián)用對廢水的處理效果。

1、試驗

1.1試驗用水

試驗用水為常州某有機硅生產(chǎn)公司經(jīng)一級二級處理出水，該水呈弱酸性，水質呈淺黃色，雖然廢水已經(jīng)經(jīng)過物理和生化處理，但是水中仍有少許懸浮物，且伴隨稍微的刺激性氣味，水中COD濃度已降為256mg/L，多為生物難以利用的大分子有機物。

1.2試驗污泥

污泥取自揚州湯汪污水處理廠曝氣池，經(jīng)過馴化而成的活性污泥。

1.3試驗儀器

1.4試驗過程

原水pH值為5.45，取廢水原水7份，每份3L加入到5L的燒杯中，用5mol/L的NaOH調整pH值分別到6.00、7.00、8.00、9.00、10.00，用體積分數(shù)為50%的硫酸調整pH值分別到4.00、5.00，在臭氧氧化時間為10、20、30、40、50、60、70、80、90、100min時分別取樣，并且測定其COD值。系統(tǒng)設定曝氣強度為5L/min，臭氧的發(fā)生量為5g/h。

在臭氧催化氧化的過程中使用不同種類的催化劑，選擇出出水COD值最低的催化劑。調整不同的pH值，使得同種催化劑下的臭氧氧化效率達到最高。將臭氧催化氧化出水分別通入好氧污泥反應器和PACT反應器，掌握污泥濃度在3500mg/L，曝氣量為0.5L/min，停留時間為24h，PACT反應器中投加不同濃度的粉末活性炭，比較最終出水COD去除率。

2、結果與爭論

2.1臭氧氧化

2.1.1直接臭氧氧化

圖1為在不投加催化劑的前提下單獨臭氧氧化的COD去除效果。從中可以看出有機硅廢水中COD的濃度隨著時間的增長不斷削減，去除率不斷上升。反應時間為60min時，COD濃度變化趨于平緩，去除率基本保持不變，廢水中易于被臭氧氧化的有機物基本被消耗殆盡。從經(jīng)濟角度來說，單獨臭氧氧化60min為最佳反應時間。COD的處理率隨著pH的上升而上升，當pH值=9時，COD的去除率最高為18.4%，明顯高于酸性條件下的去除率，且隨著pH的上升去除率無明顯變化，因此單獨臭氧氧化的最佳pH值為9。

2.1.2粉末活性炭催化臭氧氧化

采納上述試驗相同的工況條件，向反應器中加入25mg/L的粉末活性炭，測定不同pH值狀況下隨著時間變化COD的剩余濃度。

如圖2所示，粉末活性炭催化臭氧氧化COD的去除率在30min至40min之間趨于平緩。當pH值為9且氧化時間為30min時，去除率達到最高值為21.35%。則30min為反應最佳時間。隨著pH的上升，COD的去除率也有著顯著提升，但pH值=10時去除率為20.25%，小于pH值為9的去除率，緣由為羥基自由基之間發(fā)生淬滅反應。與單獨臭氧氧化相比，粉末活性炭催化臭氧氧化具有更好的COD去除效果，并且到達反應最佳時間的用時也比單獨臭氧氧化要少的多。主要緣由是活性炭表面為多孔結構，在臭氧氧化的同時，一部分有機物領先被活性炭吸附，造成有機物的濃度快速削減。而隨著時間的推移，吸附作用趨于穩(wěn)定，臭氧氧化占主導，COD平穩(wěn)削減，且去除率不再波動。臭氧的氧化首先降低了水中大分子有機物的比例，優(yōu)化粉末活性炭的吸附作用。并且粉末活性炭使得其表面和內(nèi)部的臭氧氧化更加充分，提高了臭氧的氧化效率。隨著吸附在活性炭表面的有機物被分解，活性炭的吸附再生速率也被加快，活性炭的單次使用時間也被延長，降低了成本，提高了氧化效率。

2.1.3銅絲催化臭氧氧化

在相同的工況條件下，加入銅絲作為臭氧氧化的催化劑。為了使得銅絲與廢水的接觸面積盡可能大，截取直徑為0.5mm的銅絲190m，分段團成銅絲球放入有機玻璃反應器中進行催化臭氧氧化。銅作為還原性物質，在臭氧的作用下失電子轉化為銅離子，大大促進水中羥基自由基的生成。廢水的顏色也隨著臭氧的氧化從淺黃色變?yōu)闊o色，再變成淺藍色。對于無法用單獨臭氧氧化的小分子有機酸類、醛類、酯類，銅絲催化臭氧氧化可以促進它們的氧化，使之完全礦化。

由圖3可知，有機硅廢水COD濃度的削減從70min時開頭趨于平緩，70min為反應最佳時間。pH值為8時去除率最終為24.4%，略高于酸性條件下的去除率。與單獨臭氧氧化的最佳效率相比高出6%。銅在反應中氧化成銅離子，與廢水中的有機物發(fā)生絡合反應促進COD的降低，隨著廢水中可降解的有機物的去除，COD的去除率趨于平緩。pH值的上升使得水中羥基自由基過量產(chǎn)生，羥基自由基相互發(fā)生淬滅反應，導致其不能被完全利用，反而使得COD的去除率降低。

2.2好氧污泥法與PACT法處理臭氧氧化出水

如圖4所示，兩種方法的去除率都在15%以上，說明前一步臭氧氧化將大部分生物不能利用的大分子有機物轉化成了生物可利用的小分子有機物，使得好氧污泥法和PACT法能夠進一步降低COD。加入粉末活性炭的PACT法的去除率最高可達33.12%，明顯高出好氧污泥法，緣由是活性炭的吸附作用。PACT法中活性炭的投加量漸漸降低，但是廢水中的COD沒有立即降低，說明之前投加的活性炭對于有機物的吸附仍未飽和。隨著反應時間的加長，COD的去除率開頭漸漸降低。與此同時反應器中的活性炭含量也在不斷增加，但是去除率也沒有回升，說明污泥中的微生物對于活性炭沒有起到明顯的再生作用。

3、結論

pH值、催化劑的種類和反應時間影響臭氧催化氧化處理有機硅廢水的效果。用臭氧催化氧化法處理廢水的最佳條件為：pH值為8，使用接觸面積為0.1m2/L的銅絲作為催化劑，反應時間70min。將臭氧氧化的出水使用PACT法處理，投加粉末活性炭60mg/L，可將廢水COD降至132.63mg/L，最終去除率達到48.19%。臭氧氧化大大提高了有機硅廢水的可生化性，與具有活性炭吸附作用的PACT法聯(lián)用，削減了原本生物難以利用的大分子有機物，使得最終出水的COD去除率得到顯著提升。

有機硅作為一種高性能新材料，在建筑、交通運輸、石油化工、醫(yī)療、航空等工業(yè)領域和高新技術產(chǎn)業(yè)都有所運用。由于下游產(chǎn)業(yè)的需求量非常浩大，有機硅需求量的增長速度始終要高于同期的GDP增長速度，中國也已成為有機硅生產(chǎn)和消費大國。有機硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水COD濃度高，酸度偏高，可生化性能較差，并且有機污染物的種類繁多，重金屬離子成分簡單。本試驗采納臭氧氧化技術與PACT法聯(lián)用，進行有機硅廢水處理出水的深度處理，提高廢水可生化性，降低COD。

工業(yè)廢水經(jīng)過一級二級處理后難以達到合成樹脂工業(yè)污染物排放標準，可生化性降低。臭氧氧化法作為一種高級氧化法，提高水中羥基自由基(-OH)的濃度。而羥基自由基擁有高達2.8V的氧化還原電位，可以將生物法難以處理的大分子有機物轉化成小分子。生物活性炭法(PowderActivatedCarbonTreatment，PACT)在好氧污泥中投加粉末活性炭，利用好氧污泥的生化作用和活性炭的吸附作用處理生化性能已提高的廢水。本試驗主要討論pH值、催化劑種類對臭氧氧化結果的影響，以及臭氧氧化與PACT技術聯(lián)用對廢水的處理效果。

1、試驗

1.1試驗用水

試驗用水為常州某有機硅生產(chǎn)公司經(jīng)一級二級處理出水，該水呈弱酸性，水質呈淺黃色，雖然廢水已經(jīng)經(jīng)過物理和生化處理，但是水中仍有少許懸浮物，且伴隨稍微的刺激性氣味，水中COD濃度已降為256mg/L，多為生物難以利用的大分子有機物。

1.2試驗污泥

污泥取自揚州湯汪污水處理廠曝氣池，經(jīng)過馴化而成的活性污泥。

1.3試驗儀器

1.4試驗過程

原水pH值為5.45，取廢水原水7份，每份3L加入到5L的燒杯中，用5mol/L的NaOH調整pH值分別到6.00、7.00、8.00、9.00、10.00，用體積分數(shù)為50%的硫酸調整pH值分別到4.00、5.00，在臭氧氧化時間為10、20、30、40、50、60、70、80、90、100min時分別取樣，并且測定其COD值。系統(tǒng)設定曝氣強度為5L/min，臭氧的發(fā)生量為5g/h。

在臭氧催化氧化的過程中使用不同種類的催化劑，選擇出出水COD值最低的催化劑。調整不同的pH值，使得同種催化劑下的臭氧氧化效率達到最高。將臭氧催化氧化出水分別通入好氧污泥反應器和PACT反應器，掌握污泥濃度在3500mg/L，曝氣量為0.5L/min，停留時間為24h，PACT反應器中投加不同濃度的粉末活性炭，比較最終出水COD去除率。

2、結果與爭論

2.1臭氧氧化

2.1.1直接臭氧氧化

圖1為在不投加催化劑的前提下單獨臭氧氧化的COD去除效果。從中可以看出有機硅廢水中COD的濃度隨著時間的增長不斷削減，去除率不斷上升。反應時間為60min時，COD濃度變化趨于平緩，去除率基本保持不變，廢水中易于被臭氧氧化的有機物基本被消耗殆盡。從經(jīng)濟角度來說，單獨臭氧氧化60min為最佳反應時間。COD的處理率隨著pH的上升而上升，當pH值=9時，COD的去除率最高為18.4%，明顯高于酸性條件下的去除率，且隨著pH的上升去除率無明顯變化，因此單獨臭氧氧化的最佳pH值為9。

2.1.2粉末活性炭催化臭氧氧化

采納上述試驗相同的工況條件，向反應器中加入25mg/L的粉末活性炭，測定不同pH值狀況下隨著時間變化COD的剩余濃度。

如圖2所示，粉末活性炭催化臭氧氧化COD的去除率在30min至40min之間趨于平緩。當pH值為9且氧化時間為30min時，去除率達到最高值為21.35%。則30min為反應最佳時間。隨著pH的上升，COD的去除率也有著顯著提升，但pH值=10時去除率為20.25%，小于pH值為9的去除率，緣由為羥基自由基之間發(fā)生淬滅反應。與單獨臭氧氧化相比，粉末活性炭催化臭氧氧化具有更好的COD去除效果，并且到達反應最佳時間的用時也比單獨臭氧氧化要少的多。主要緣由是活性炭表面為多孔結構，在臭氧氧化的同時，一部分有機物領先被活性炭吸附，造成有機物的濃度快速削減。而隨著時間的推移，吸附作用趨于穩(wěn)定，臭氧氧化占主導，COD平穩(wěn)削減，且去除率不再波動。臭氧的氧化首先降低了水中大分子有機物的比例，優(yōu)化粉末活性炭的吸附作用。并且粉末活性炭使得其表面和內(nèi)部的臭氧氧化更加充分，提高了臭氧的氧化效率。隨著吸附在活性炭表面的有機物被分解，活性炭的吸附再生速率也被加快，活性炭的單次使用時間也被延長，降低了成本，提高了氧化效率。

2.1.3銅絲催化臭氧氧化

在相同的工況條件下，加入銅絲作為臭氧氧化的催化劑。為了使得銅絲與廢水的接觸面積盡可能大，截取直徑為0.5mm的銅絲190m，分段團成銅絲球放入有機玻璃反應器中進行催化臭氧氧化。銅作為還原性物質，在臭氧的作用下失電子轉化為銅離子，大大促進水中羥基自由基的生成。廢水的顏色也隨著臭氧的氧化從淺黃色變?yōu)闊o色，再變成淺藍色。對于無法用單獨臭氧氧化的小分子有機酸類、醛類、酯類，銅絲催化臭氧氧化可以促進它們的氧化，使之完全礦化。

由圖3可知，有機硅廢水COD濃度的削減從70min時開頭趨于平緩，70min為反應最佳時間。pH值為8時去除率最終為24.4%，略高于酸性條件下的去除率。與單獨臭氧氧化的最佳效率相比高出6%。銅在反應中氧化成銅離子，與廢水中的有機物發(fā)生絡合反應促進COD的降低，隨著廢水中可降解的有機物的去除，COD的去除率趨于平緩。pH值的上升使得水中羥基自由基過量產(chǎn)生，羥基自由基相互發(fā)生淬滅反應，導致其不能被完全利用，反而使得COD的去除率降低。

2.2好氧污泥法與PACT法處理臭氧氧化出水

如圖4所示，兩種方法的去除率都在15%以上，說明前一步臭氧氧化將大部分生物不能利用的大分子有機物轉化成了生物可利用的小分子有機物，使得好氧污泥法和PACT法能夠進一步降低COD。加入粉末活性炭的PACT法的去除率最高可達33.12%，明顯高出好氧污泥法，緣由是活性炭的吸附作用。PACT法中活性炭的投加量漸漸降低，但是廢水中的COD沒有立即降低，說明之前投加的活性炭對于有機物的吸附仍未飽和。隨著反應時間的加長，COD的去除率開頭漸漸降低。與此同時反應器中的活性炭含量也在不斷增加，但是去除率也沒有回升，說明污泥中的微生物對