旋轉填充床中菠萝蜜视频网站入口地址氧化處理蘭炭廢水生化出水
蘭炭廢水是指煤在中低溫幹餾（約650 ℃）加工過程中產生的廢水。蘭炭廢水中的無機汙染物主要有硫化物、氰化物、氨氮和硫氰化物等，有機汙染物主要為煤焦油類物質，包括含量很高的酚類，單環及多環的芳香族化合物，以及含氮、硫、氧的雜環化合物等。因此，蘭炭廢水具有成分複雜、汙染物濃度高、色度高、毒性大、性質穩定的特點，屬於較難處理的工業廢水之一。相關企業一般采用常規生化處理工藝處理蘭炭廢水，但由於其可生化性差，效果並不理想。
近年來，高級氧化工藝（AOP）因其氧化能力強、處理效率高的優點，正成為水處理領域研究的熱點之一。目前常用的AOP 包括菠萝蜜视频网站入口地址氧化法、Fenton 氧化法、O3-Fenton 氧化法、O3-H2O2 氧化法、電催化氧化法等。菠萝蜜视频网站入口地址對汙染物的氧化降解主要通過菠萝蜜视频网站入口地址直接與汙染物反應，或者菠萝蜜视频网站入口地址經過鏈式反應生成氧化能力更強的羥基自由基，由羥基自由基氧化降解汙染物。
由旋轉填充床（RPB）實現的超重力技術是一種過程強化技術。RPB 通過旋轉的填料產生離心力場模擬超重力環境。在超重力環境下，由於離心力的作用液體在填料內徑向流動，被填料破碎成微米至納米級的不斷更新的液膜、液滴和液絲，從而產生巨大的相間接觸麵積，極大地強化了傳遞過程，使得處理效率大幅提高。YANG 等通過超重力場中菠萝蜜视频网站入口地址傳質性能與水中菠萝蜜视频网站入口地址自分解動力學研究，證實了超重力技術一方麵可強化菠萝蜜视频网站入口地址傳質，增加單位時間內菠萝蜜视频网站入口地址在水中的溶解量，另一方麵超重力技術的強湍動特性加快了水中菠萝蜜视频网站入口地址自分解反應速率，使得單位時間內·OH 的產生量增加。本研究以RPB 為反應器，采用菠萝蜜视频网站入口地址氧化工藝深度處理實際蘭炭廢水一級生化池出水，目的是提高出水的可生化性，以便進入下一級生化處理裝置進行深度處理，考察了菠萝蜜视频网站入口地址濃度、RPB 轉速、氣液比、pH、溫度和RPB 處理級數對廢水處理效果和菠萝蜜视频网站入口地址利用率的影響，為蘭炭廢水的處理提供一種新思路。
1 實驗部分
1.1 材料、試劑和儀器
廢水：陝西省榆林市某蘭炭企業生產廢水經前端一級傳統生化工藝處理後的生化池出水，隨生產情況變化水質有一定波動，COD 為300~400 mg/L，BOD5 為20~65 mg/L，BOD5/COD 為0.07~0.18，pH 為7~8。氫氧化鈉、濃硫酸：分析純，購自北京化工廠。采用l mol/L 的NaOH 溶液和l mol/L 的H2SO4 溶液調節廢水pH。RPB：實驗室自行設計製作，外殼內徑180 mm，轉子內徑40 mm、外徑120mm，填料為不鏽鋼金屬網，填料層軸向厚度15 mm。
3S-A10 型菠萝蜜视频网站入口地址發生器：菠萝蜜视频网站入口地址產生量10 g/h，功率180 W，北京菠萝网站在线观看科技有限公司。3S-J5000型台式氣相菠萝蜜视频网站入口地址濃度檢測儀：量程0~200 mg/L，北京菠萝网站在线观看科技有限責任公司。5B-3A 型COD 快速分析儀：蘭州連華環保。BD600 型BOD 測定儀：德國羅威邦公司。SHP-160 型生化培養箱：常州普天儀器製造有限公司。
1.2 實驗裝置及流程
實驗裝置如圖1 所示。將調節至一定pH 的廢水置於設定好溫度的儲槽中；利用氧氣作為氣源通過
菠萝蜜视频网站入口地址發生器產生菠萝蜜视频网站入口地址並由進氣口通入RPB 中，通過調節氣體流量計控製進氣流量至設定值90 L/h，當進氣菠萝蜜视频网站入口地址濃度分析儀上的示數達到所需濃度（通過調節菠萝蜜视频网站入口地址發生器的功率控製菠萝蜜视频网站入口地址濃度）且穩定時開啟RPB，調節RPB 轉速至設定值；廢水通過蠕動泵由進液口流入RPB 中，通過調節液體流量計控製進液流量，從而控製氣液比（進氣流量與進液流量的比）；氣液兩相在RPB 中逆流接觸並反應，反應後廢水從RPB 底部的出液口流出至廢液槽，反應後氣體從RPB 中部的出氣口流出，經KI 溶液吸收剩餘菠萝蜜视频网站入口地址後排放。待處理廢水一次通過RPB 的過程為一級處理，經一級處理完畢的廢水倒入儲槽中再次進入RPB 中進行反應即為二級處理。待出氣菠萝蜜视频网站入口地址濃度檢測儀示數穩定後即可對出液口流出液體進行取樣分析。
菠萝蜜视频网站入口地址實驗裝置示意圖
1 O2 鋼瓶；2 氣體流量計；3 菠萝蜜视频网站入口地址發生器；4 進氣菠萝蜜视频网站入口地址濃度分析儀；5 RPB；6 出氣菠萝蜜视频网站入口地址濃度分析儀；7 尾氣吸收裝置；8 液體流量計；9蠕動泵；10 帶控溫裝置的廢水儲槽；11 廢液槽；12 進氣口；13 出氣口；14 進液口；15 出液口
1.3 分析方法
采用台式氣相菠萝蜜视频网站入口地址濃度檢測儀測定氣體菠萝蜜视频网站入口地址質量濃度，根據進出口氣體的菠萝蜜视频网站入口地址質量濃度計算其利用率。按照國標《水質 化學需氧量的測定 快速消解分光光度法》（HJ/T 399—2007）測定水樣COD，根據處理前後的水樣COD 計算其去除率。按照國標《水質五日生化需氧量（BOD5）的測定 稀釋與接種法》（HJ505—2009）[16]，在生化培養5d 後使用BOD 測定儀測定水樣BOD5，計算BOD5/COD。
2 結果與討論
2.1 進氣菠萝蜜视频网站入口地址濃度的影響
待處理廢水COD 為316.4 mg/L，BOD5/COD 為0.08。在RPB 轉速為1 500 r/min、氣液比為5︰1、初始廢水pH 為7.11、廢水溫度為16.0 ℃的條件下進行一級處理，考察進氣菠萝蜜视频网站入口地址濃度對廢水處理效果和菠萝蜜视频网站入口地址利用率的影響，結果如圖2 所示。
由圖2a 可見，隨著進氣菠萝蜜视频网站入口地址濃度的增加，廢水COD 去除率不斷提高，但菠萝蜜视频网站入口地址利用率不斷降低。菠萝蜜视频网站入口地址濃度越高，則有越多的菠萝蜜视频网站入口地址與水中汙染物反應，使得COD 去除量增加；但由於進液量一定，菠萝蜜视频网站入口地址濃度過高時，部分菠萝蜜视频网站入口地址未發生作用就隨尾氣排出，造成菠萝蜜视频网站入口地址的浪費。
由圖2b 可見，隨著進氣菠萝蜜视频网站入口地址濃度的增加，BOD5 先升高再降低，可能原因是菠萝蜜视频网站入口地址濃度增加，水中難降解的大分子物質更多地分解成小分子物質，易於被微生物降解，但菠萝蜜视频网站入口地址濃度過高時，部分物質直接被氧化成CO2 和H2O，導致BOD5 降低；當進氣菠萝蜜视频网站入口地址質量濃度為50 mg/L 時，BOD5/COD 值很高，為0.19，是原水的2.38 倍，說明處理後廢水的可生化性明顯提高。
綜合考慮，選擇進氣菠萝蜜视频网站入口地址質量濃度為50 mg/L。
2.2 RPB 轉速的影響
待處理廢水COD 為308.2 mg/L，BOD5/COD 為0.10。在進氣菠萝蜜视频网站入口地址質量濃度為50 mg/L、氣液比為5︰1、初始廢水pH 為7.12、廢水溫度為16.0 ℃的條件下進行一級處理，考察RPB 轉速對廢水處理效果和菠萝蜜视频网站入口地址利用率的影響，結果如圖3 所示。
由圖3a 可見，隨著RPB 轉速的增加，廢水COD 去除率不斷提高，菠萝蜜视频网站入口地址利用率也隨之增加。轉速提高可以使液相在RPB 中被切割成體積更小的液滴、液絲和液膜，增加液相與氣相的接觸麵積，增強混合和傳質效果，從而改善COD 的去除效果。
由圖3b 可見：隨著RPB 轉速的增加，BOD5 基本保持不變，原因可能是轉速較低時，已將水中易分解的大分子物質分解成小分子物質，故轉速繼續增加對BOD5 的影響不明顯；當轉速為1 500 r/min 時，
BOD5/COD 為0.23，是原水的2.30 倍，廢水可生化性較好。
綜合考慮，選擇RPB 轉速為1 500 r/min。
2.3 氣液比的影響
待處理廢水COD 為311.4 mg/L，BOD5/COD 為0.07。在進氣菠萝蜜视频网站入口地址質量濃度為50 mg/L、RPB 轉速為1500 r/min、初始廢水pH 為7.12、廢水溫度為15.0 ℃的條件下進行一級處理，考察氣液比對廢水處理效果和菠萝蜜视频网站入口地址利用率的影響，結果如圖4 所示。
由圖4a 可見，隨著氣液比的增大，COD 去除率不斷提高，但菠萝蜜视频网站入口地址利用率不斷降低。在相同的氣量條件下，氣液比增加意味著進液量減小，單位時間內菠萝蜜视频网站入口地址與一定體積廢水接觸的菠萝蜜视频网站入口地址總量相對增加、菠萝蜜视频网站入口地址濃度相對加大，從而促進了水中汙染物的降解，強化了廢水的處理效果，故在低液量時COD 的去除率較高。但液量減小，單位時間內與菠萝蜜视频网站入口地址反應的物質減少，導致菠萝蜜视频网站入口地址利用率降低。由圖4b 可見，隨著氣液比的增大，BOD5 基本保持不變，原因可能是，氣量一定時液量的變化直接影響的是處理量，而對水中物質的氧化分解程度影響較小；當氣液比為5︰1 時，BOD5/COD 為0.19，是原水的2.71 倍。
綜合考慮，選擇適宜的氣液比為5︰1。
2.4 初始廢水pH 的影響
待處理廢水COD 為357.0 mg/L，BOD5/COD 為0.12。在進氣菠萝蜜视频网站入口地址質量濃度為50 mg/L、RPB 轉速為1500 r/min、氣液比為5︰1、廢水溫度為20.0 ℃的條件下進行一級處理，考察初始廢水pH 對廢水處理效果和菠萝蜜视频网站入口地址利用率的影響，結果如圖5 所示。
由圖5a 可見，隨著初始廢水pH 的升高，廢水COD 去除率和菠萝蜜视频网站入口地址利用率均不斷增加。在溶液中菠萝蜜视频网站入口地址氧化有兩種途徑[17]，直接菠萝蜜视频网站入口地址氧化和菠萝蜜视频网站入口地址反應生成·OH 進行間接氧化。水中菠萝蜜视频网站入口地址生成·OH 的過程如式（1）~（3）所示。菠萝蜜视频网站入口地址的氧化還原電位為2.07 V，·OH 的氧化還原電位為2.80 V。·OH 具有更強的氧化性，可以無選擇性地降解有機物，增強處理效果，提高菠萝蜜视频网站入口地址利用率。隨著廢水pH 的升高，在中性及堿性範圍內，水中OH-濃度較高，促進了·OH 的產生，使得廢水的處理效果增強。
H2O↔H++OH- （1）
O3+OH-→HO2-+O2 （2）
O3+HO2-→∙OH+O2+O2- （3）
由圖5b 可見，隨著初始廢水pH 的升高，COD 不斷降低，BOD5 也略有降低，水體的BOD5/COD 變化不大，整體保持在較高水平。原因可能是，隨著初始廢水pH 的升高，促進了·OH 的產生，在·OH 的作用下，部分容易降解的物質直接被氧化成CO2 和H2O，導致BOD5 出現小幅下降。現場原水pH 在7~8 間波動，考慮到實際生產需求，初始廢水pH 保持原水pH 進行實驗，不加處理。
2.5 廢水溫度的影響
待處理廢水COD 為357.0 mg/L，BOD5/COD 為0.18。在進氣菠萝蜜视频网站入口地址質量濃度為50 mg/L、RPB 轉速為1500 r/min、氣液比為5︰1、初始廢水pH 為7.15 的條件下進行一級處理，考察廢水溫度對廢水處理效果和菠萝蜜视频网站入口地址利用率的影響，結果如圖6 所示。
由圖6a 可見，隨著溫度的升高，廢水COD 去除率不和菠萝蜜视频网站入口地址利用率均不斷增加。溫度升高，分子運動加劇，一方麵提高了反應速率，另一方麵強化了廢水與菠萝蜜视频网站入口地址的混合，處理效果增強。由圖6b 可見，隨著溫度的升高，BOD5 變化不大，BOD5/COD 整體保持在較高水平，可能的原因是，溫度的升高加快了反應速率，促進了COD 的降解，但對於BOD5 的產生影響較小，導致BOD5/COD 差異不大；當溫度為25.0 ℃時，BOD5/COD 為0.27，是原水的1.50 倍，廢水的可生化性較好。雖然溫度對COD 的影響較為明顯，考慮到處理工藝的經濟性，選擇廢水處理在常溫下進行，不調節溫度。
2.6 處理級數的影響
待處理廢水COD 為340.0 mg/L，BOD5/COD 為0.18。在進氣菠萝蜜视频网站入口地址質量濃度為50 mg/L、RPB 轉速為1500 r/min、初始廢水pH 為7.77、廢水溫度為24.7 ℃的條件下，考察處理級數對廢水處理效果和菠萝蜜视频网站入口地址利用率的影響，結果如表1 所示。
由表1 可見：RPB 兩級處理效果明顯優於一級處理；當氣液比分別為2︰1 和5︰1 時，一級處理的COD 去除率分別為9.6%和13.2%，經過第二級進一步處理後，COD 的總去除率分別提高至16.0%和19.7%，表明增加處理級數可改善COD 的降解效果。由表1 還可見，當氣液比分別為2︰1 和5︰1 時，一級處理後BOD5/COD 分別由原水的0.18 提升至0.25 和0.28，經第二級進一步處理後，BOD5/COD 進一步升至0.29和0.34，分別為原水的1.61 和1.89 倍，表明增加處理級數可進一步提高廢水的可生化性。經過RPB 兩級處理後，出水基本滿足後續生化處理要求。
3 結論
a）以RPB 為反應器，采用菠萝蜜视频网站入口地址氧化工藝深度處理實際蘭炭廢水一級生化池出水。適宜的工藝條件為：保持進氣流量90 L/h 不變，不調節廢水pH 和溫度，控製菠萝蜜视频网站入口地址質量濃度50 mg/L、氣液比5︰1、RPB 轉速1 500 r/min，進行二級處理。b）在上述工藝條件下，處理COD 為340.0 mg/L、BOD5/COD 為0.18、pH 為7.77、溫度為24.7 ℃的廢水，處理後出水COD 去除率為19.7%，BOD5/COD 為0.34，可生化性大幅提高，可滿足後續生化處理要求。
常佳偉，樊金夢，王 偉，趙 磊，邵 磊
1. 北京化工大學 有機無機複合材料國家重點實驗室，北京 100029；
2. 北京化工大學 教育部超重力工程研究中心，北京 100029；
3. 北京萬邦達環保技術股份有限公司，北京 100875）
參 考 文 獻
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