O3/TiO2-NF/H2O2 工艺深度处理焦化废水
本文研究了在恒定臭氧浓度(84mg/L)下,不同H2O2投加量(以 30%浓度的 H2O2溶液计)对焦化废水 COD 去除效果的影响.投加 H2O2 显著地促进了O3/TiO2-NF对 COD 的去除(图 a),当 H2O2投加量为5g/L 时,O3/TiO2-NF/H2O2 工艺(60min)的 COD 去除率 63.6%,是 O3/TiO2-NF 工艺(25.8%)的 2.5 倍.此外,图 b 还显示 H2O2 投加量从 0.1g/L 增加到5g/L,COD 去除动力学常数从 6.55×10-3min-1 增加到 2.21×10-2min-1,提高了约 3.4 倍.这是因为投加H2O2 促进了 O3 均相转化为羟基自由基.由于 HO2-与 H2O2 解离平衡(式(1),pKa=11.8)[19], H2O2 通过解离产生 HO2-,其会与 O3 分子发生快速链式反应(式(2),二级反应动力学常数 - HO ,O2 3k = × 9.6 6 10 mol/(L s) ⋅ ,产 生 HO2•和 O3•,在进一步生成强氧化剂·OH[20],如式(1)所示.
然而,过量地增加 H2O2 并不会进一步提升COD 去除率,反而会抑制 COD 去除率和速率.如图 a 所示,当 H2O2 投加量增加到 10g/L 时,COD去除率和反应动力学常数分别降低到 56.2%和k10g/L =1.49×10-2min-1,相比 5g H2O2/L,降幅分别为 11.6%和 32.4%.这主要原因是溶液中存在大量 H2O2 时会与·OH 发生淬灭反应[21],如式(2)所示.
大量投加 H2O2 不仅抑制废水的处理效果,而且还增大处理成本,因此合理控制 H2O2 的投加量非常关键[22].即便使用在本研究中获得的更佳投加量(5g/L H2O2)时,每吨废水也仍需要大量 H2O2,这是非常不经济的.此外, H2O2 属于国家重点管控的易制爆、强腐蚀化学药品,其购买、使用、运输过程中均需严格管理,在应用中增添了诸多安全隐患.因此,如何实现高效的 O3/HO-2 反应,同时降低处理成本和使用风险是非常必要的.在水处理体系中原位产生H2O2,以促进臭氧催化,已成为臭氧水处理领域的一个重要的研究方向.
不同 H2O2投加量下,O3/TiO2-NF/H2O2工艺对焦化废水COD 的去除率(a)和 COD 去除动力学 (b)
