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1、臭氧多相催化氧化提高二级出水可生化性研究环境科学导刊http:/2011,30(2)CN531205/XISSN16739655臭氧多相催化氧化提高二级出水可生化性研究林玉姣,张彤炬(上海广联建设发展股份有限公司,上海200438)摘要:以活性炭作为载体,金属氧化物CuOMnO:作为催化活性组分,对臭氧催化氧化污水厂二级出水进行了催化剂配比实验对比,并通过调节臭氧投加时间控制臭氧的投加量.结果表明,在催化剂活性组元cu(NO3)2:Mn(NO3)2体积配比3:1,投加量5g/L,臭氧投加量6mg/L,接触时间5min的条件下,可明显提高二级出水的可生化性.关键词:臭氧催化氧化;二级出水;催化活
2、性组分中图分类号:X703文献标识码:A文章编号-16739655(2011)02006703某市90%以上的污水通过城市河流最终汇入滇池,由于污染物的排入,滇池已经成为水体富营养化最严重的湖泊之一.为了控制滇池水质恶化程度,改善水体的富营养化状况,城市污水处理厂的氮磷污染排放控制非常重要.城市污水二级生物处理技术不能根除氮磷对滇池水体的危害,而深度处理的脱氮脱磷技术往往需要补充碳源.目前部分污水处理厂采用补充外加碳源来去除水中氮,成本较高.因此充分利用污水中本身含有的碳源去除总氮,节约成本,具有十分重要的意义.城市二级出水的有机污染物已属难降解的有机物,二级出水中含有氮,磷,悬浮物等污染物,
3、常规的物理,化学或生物处理均难有较好的去除效果.臭氧与生物处理联用可提高对难降解有机物的去除效果,臭氧预氧化提高有机物的生化性,通过后续生物处理工艺去除难降解有机物l1J.臭氧多相催化氧化法利用固体催化剂在常压下产生更多的有强氧化能力的中问产物(如羟基自由基,?OH)加速液相(或气相)的氧化反应,使有机物分子结构从复杂转化为简单,从而达到了增加废水可生化性的目的.催化剂以固态存在,易于与水分离,二次污染少,简化了处理流程.1实验部分1.1实验装置与材料实验装置由臭氧发生系统,接触反应器和臭氧尾气吸收装置组成.通过臭氧发生器制备0.接触反应柱有效容积为7L,反应器中填充自制金属氧化物催化剂,底部
4、装有石英砂微孑L曝气头,过剩收稿13期:20101220作者简介:林玉姣(1982一),女,山东烟台人,助理工程师.的臭氧被碘化钾吸收,通过控制氧气流量来控制产生的臭氧量,臭氧气体流速为1L/min,浓度为38mg/L.催化剂采用活性炭负载双金属氧化剂(二氧化锰+氧化铜).厂.匡气排放O3反应器图1臭氧试验装置实验通过对城市第三污水处理厂沉淀池出水进行臭氧催化氧化,考察臭氧催化氧化对二级出水有机物可生化性的提高作用.1.2分析方法0浓度用碘量法测定;COD重铬酸钾法测定;BOD采用接种稀释法.2结果与讨论2.1催化剂的配比问题臭氧分解催化剂一般采用贵金属(如:钯,铂)或过渡元素金属氧化物(如:
5、Mn,Cu的氧化一67环境科学导刊http:/hjkxdk.yies.org.en第30卷第2期2011年4月物)作为活性组分,载体则采用一A1O,TiO,SiO,分子筛,活性炭或以上几种的复合成分.由于贵金属的高昂价格限制了其应用,所以以低价金属氧化物为主的研究逐渐成为主流.Oyama等在AI:O.载体的臭氧分解研究工作中得出了MnO活性最好的结论J,顾玉林等在前人研究的基础上研制低成本高活性的活性炭双负载重金属催化剂,实验证明MnO一CuO催化剂催化性能最好.考察活性炭负载双重金属催化剂MnO,一CuO在各种配比下对臭氧的分解活性.实验选用前人研究中效果较好的三个不同制备条件下的MnO,一
6、CuO催化剂分别对水中有机物可生化性的提高效果进行对比.实验条件:催化剂投加5g/L,臭氧投加量为6mg/L,接触时间为6min.由图2及图3可以看出,1号催化剂对可生化性提高最为显着,因此实验采用1号催化剂.4030J一_20十l-I-lOl0催f匕剂催化剂嘲:剂-COD值25_320.536.9口进水BOD53.563盘23_33出水BOD5l2l38.248.1催化氧化前后COD,BOD5的变化/mg?L-图2催化剂不同配比催化氧化效果催化剂催化剂催化剂图3催化剂不同配比催化氧化前后Iq/G2.2最佳实验条件的选择在臭氧催化氧化中,催化剂,臭氧的投加量以及接触时间是重要的工艺参数,分别考
7、察催化剂投加量,臭氧的投加量以及接触时间对二级出水可生化性的影响,为了保证影响因素评价的全面,针对本试验的三个影响因素进行交叉实验.催化剂投加量选取5,10,15,20g/L4个水平,臭氧投加量选取4个水平分别为4,6,8,10mg/L,接触时间选取4个水平分别为5,6,8,10min.一68一实验证明当催化剂投加量为5g/L,臭氧投加量6mg/L,接触时问5min时,出水中可生化有机物的含量提高最大.16个实验中,实验2,6,11,14出水的可生化性提高明显,实验4,7,9效果较差,由其中的变化规律分析,臭氧的投加量与接触时间过少过短或者过多过长,可生化性的提高均不理想,同时少量的催化剂在合
8、适的条件下可以达到更好的生化性提高效果.表1试验组织表4405?35室2150O_进水COD含量日出水COD含量l2345678910l112l314l516试验编号图4正交试验结果65_一43姜z1盆02.3催化氧化对水中有机物含量的影响昆明污水厂出水水质特点是有机物含量较低,COD在30mg/L左右,BOD<5mg/L,但是总氮,总磷含量较高,这些水排人滇池,加剧了滇池水的富营养化,所以总氮和总磷的去除是污水处理的关键.采用臭氧高级催化氧化的目的是把水中不能被微生物利用的有机物转化为可利用的有机物,即利用水中既有的碳源脱氮.因此要求催化氧化后水中的总有机碳含量不降低,同时尽可能地提高
9、可生化56868584646468468K468468mmm:2加加加23456789mUhttp:/臭氧多相催化氧化提高二级出水可生化性研究林玉姣有机物的含量.在以往的研究中臭氧高级催化氧化能够去除水中部分的有机物J,经过催化氧化后COD的去除率至少达10%.而本实验反应时间较短,结果表明,COD基本不变,达到了实验需求,甚至部分水样中出现COD升高,可见臭氧催化氧化提高了臭氧的吸收和利用效能,在短时间内促使部分无法测出COD的有机物如芳香类有机物分子链断裂成为能够测出的短链有机物.3结论合适的催化剂是臭氧催化氧化提高污水可生化性的关键,催化剂制备过程中经过对比实验发现负载金属氧化物的配比C
10、u氧化物:Mn氧化物为3:1的可生化性提高明显.通过正交对比实验发现在臭氧的投加量和接触时间合适的条件下可以达到较好的可生化性提高效果,本实验中采用臭氧投加量6mg/L,接触时间5min,催化剂投加量5g/L.实验中发现高级催化氧化在短时间里对COD的去除效果不明显,说明臭氧催化氧化对COD有一定去除能力,同时也有一定的生成效果,此种情况有利于后续生物脱氮.参考文献:1Leecw,BaeSD,HanSW,eta1.ApplicationofultrafiltrationhybridmembraneprocessesforreuseofsecondaryeffluentJ.Desalinatio
11、n,2007,(202).2ArvaloJ,Garral6nG,PlazaF,eta1.Wastewaterreuseaftertreatmentbytertiaryuhrafihrationandamembranebioreactor(MBR):acomparativestudyJ.Desalination,2009,(243).3甘莉,蒋以元,张昱,等.直接过滤一臭氧一生物活性炭工艺用于城市污水二级处理出水深度处理的研究J.环境污染治理技术与设备,2006,7(10).4WangST,MaJ,LiuBC,eta1.Degradationcharacteristicsofsecondarye
12、ffluentofdomesticwastewaterbycombinedprocessofozonationandbiofihrationJ.JournalofHazardousMaterials,2008,(150).5DhandpaniB,OyamaST.Gasphaseozonedecompositioncata-lystsJ.ApplCatalB,1997,(11).6顾玉林,刘淑文,徐贤伦.臭氧分解催化剂的制备及性能研究J.工业催化,2002,10(6).7朱学多.金属催化臭氧化催化剂的制备与性能研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006.8陈颖.水处理用活性炭催化氧化体系的研制和应
13、用D.湘潭:湘潭大学,2003.9关春雨,马军,鲍晓丽,等.臭氧催化氧化一活性炭处理微污染水J.水处理技术,2007,11(33).ResearchonOrganicBi0degradabilityofSecondaryEffluentTreatedbyCatalyticOzonationLINYujiao,ZHANGTongjU(ShanghaiGuanglianConstructionDevelopmentCo.,LTD,Shanghai200438China)Abstract:Thesecondaryeffluentofthewastewatertreatmentplantwastrea
14、tedbyozonationtoinvestigateorganicbiodegradabilityenhancement.Thesecondaryeffluentwastreatedwithdifferentvolumeproportionbyozonecatalyticoxidationwithactivatedcarbonascarrier,CuOMnO2asactivecomponents;ozoneaddingdosagewascon-trolledbyadjustingtheaddingtime.TheresultsindicatedthatthebiodegradationoftheorganicsubstancesinthesecondaryeffluentcouldbeimprovedbysuitableozonationundertheconditionthatthevolumeproportionbetweenCu(NO3)2andMn(NO3)2was3:1,catalystsaddingdosagewas5g/L,ozoneaddingdosagewas6mg/L,andthereactiontimewas5min.Keywords:ozonecatalyticoxidation;secondaryeffluent;activecomponents一69