一、引言
在香料生產中會排放出大量的高濃度有機廢水,組成復雜,水質波動大,若直接排放,會嚴重危害環境,影響人民健康。因此,對于高COD濃度的香料廢水,研究其專門的處理工藝是相當必要而緊迫的課題。
濕式空氣氧化(WAO)工藝是1958年由ZIMMERMAN首次將其應用于污水處理的。其工藝是將待處理的物料置于密閉的容器中,在高溫高壓條件下通入空氣或純度較高的氧作為氧化劑,按濕式燃燒原理使污水中有機物降解。在此之后,日本、歐共體、美國等陸續將該技術運用于造紙廢水、化工廢水等含高濃度有機物的廢水處理中。WAO主要應用于難于生物處理的高濃度有毒有害廢水,該法具有相當的市場競爭力。
與傳統的厭氧法相比,濕式氧化法不僅能有效處理高濃度有機廢水,而且還可處理污泥、活性炭再生等。其優點是:WAO適用于高濃度、劇毒、難降解廢水的處理,其處理效率高,選擇合適的溫度、壓力和催化劑,WAO能降解90%以上的有機物,同時,還可去除含硫、含氮等無機物,并能起到殺菌作用。裝置從靜止到正常運行所需時間很短,氧化速度快、占地少,當COD>2g/L時,能量可回收。WAO在工程上的不足之處是,需耐中溫、耐中壓的設備,一次投資大,但其運行費用和管理費用低。
二、試驗材料與方法
2本試驗采用ZY2A高壓反應釜,有效容積為2L。裝置如圖1所示。
3試驗步驟
取水樣300mL置于反應釜內,充氧至所需壓力,開啟電熱爐和攪拌器,控制一定的加熱速度及攪拌轉速,加熱至所需溫度。
4測試項目
TOC采用日本島津TOC分析儀,色度采用日本島津UV2201型紫外可見分光光度儀,COD、BOD5、pH按標準法分析.
三、結果分析與討論
1溫度影響
ARRhEnius在熱力學原理基礎上建立了反應速率與溫度的關系式:k=AE-E/RT。式中,E為活化能J/mol,k為反應速率常數,A為常數,R為摩爾氣體常數(8.314J/mol),T為熱力學溫度(k)。由上式可以看出,溫度越高反應速率越快。反應速度取決于速率常數和反應物濃度。溫度主要影響速率常數,溫度升高可以增加氧氣的傳質速度。在高溫下,液體的物理性質也發生變化,例如粘度、密度減少,從而增加氧氣的傳質速度。因此,對濕式氧化而言,溫度是起決定作用的因素。本試驗選擇溫度為160℃,因為中溫在工程中是可以實現的。有香料廢水需要處理的單位,也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。
2壓力影響
壓力的主要作用是保證液相反應,使氧的分壓保持在一定范圍內,以保證液相中高的溶解氧的濃度。本試驗中氧氣的分壓為0.98mPA,反應的最高壓力為30mPA。通過測定反應釜尾氣中的氣體組分,氧氣占總氣體的21%,表明初始分壓選擇合適。
3COD、TOC、色度去除率與時間的關系(見圖2)
(1)COD去除率與時間的關系從圖2可以看出,濕式氧化前30min去除率較高,表明化學反應速度與COD去除率幾乎成線性關系,近似于化學反應一級反應。反應30min后,COD去除率變化較少,說明經30min氧化后生成難氧化的中間產物,用反應動力學來描述化學反應速度與COD去除率之間近似為零級反應。
(2)由于TOC與COD之間存在內在聯系,因此TOC與COD之間為一定量比值。TOC的結果與COD變化相似,表明有較好重復性。
(3)由于香料廢水的色度主要是由溶性或不溶性的有機物產生的,所以有機物去除,色度隨之變化,這一結果亦由圖2驗證。
4WAO對可生化性的改善后果
香料廢水經濕式氧化處理前,BOD5/COD比值為0195,難于生物降解。WAO處理對水樣的可生化性具有明顯的改善作用。該廢水在160℃氧化30min,其BOD5/COD比值為0.419,比原水提高1倍左右。由此可見,難用生物法直接處理的高濃度香料廢水,可利用濕式氧化作為預處理,以提高其可生化性。WAO處理后的中間產物主要為低級有機酸、醇、酮等,這一結果可由pH從6.80降低到5.93看出來,它們難以進一步被氧化,但它們很容易被生物降解.
四、結論
1香料廢水充氧后反應過程可分為兩段,快速段和慢速段。快速段約持續30min,這時COD去除很快。其后為慢速段,COD以較慢的速度降低。
2經30min濕式氧化處理后,香料廢水可生化性明顯提高,BOD5/COD從0.195提高到0419。
3濕式氧化法處理香料廢水,對色度的去除效果較明顯。來源:谷騰水網