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        二氧化氯組合工藝處理PTA工業(yè)化廢水的研究

        2016-11-24 16:46:41胡良張躍嚴(yán)生虎劉建武沈介
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年21期

        胡良++張躍++嚴(yán)生虎++劉建武++沈介發(fā)

        摘 要:結(jié)合PTA工業(yè)化廢水污染物特征,實驗中系統(tǒng)地考察了溶液pH值、氧化劑投加量、氧化劑濃度、停留時間、空氣廢水體積比的影響,優(yōu)化了廢水處理的操作條件,以較低的成本和方便的操作將PTA混合污水的COD值降至400~450mg/L,該廢水可進入生物降解系統(tǒng)進行處理使其COD值降至100mg/L以下。本方法操作簡單,工藝流程合理,處理效果好,可操作性強,環(huán)境友好。

        關(guān)鍵詞:PTA;催化;氧化;廢水

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.035

        PTA(精對苯二甲酸)是生產(chǎn)合成樹脂、滌綸纖維等產(chǎn)品的重要原料,目前國內(nèi)PTA裝置均采用對二甲苯氧化工藝,生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量高濃度有機廢水,廢水組成復(fù)雜[1],主要污染物包括甲苯、對二甲苯、對甲基苯甲酸、對苯二甲酸、鄰苯二甲酸、苯甲酸、對羧基苯甲醛、醋酸酯、醋酸、鈷錳催化劑、乙醛、揮發(fā)酸等四十余種有機污染物質(zhì),水質(zhì)復(fù)雜而多變,大大增加了治理的難度[2]。本文系統(tǒng)研究了復(fù)合高級氧化工藝催化處理工業(yè)難降解廢水過程,考察了溶液pH值、氧化劑投加量、氧化劑濃度、停留時間、空氣廢水體積比等影響,優(yōu)化了廢水處理的工業(yè)化操作條件[3-4]。該工藝技術(shù)具有工藝流程簡潔,設(shè)備投資省,停留時間短,處理成本低等特點[5]。

        1 實 驗

        1.1 試劑與儀器

        試劑:二氧化氯(ClO2),重鉻酸鉀,催化劑(自制),硫酸銀,硫酸,硫代硫酸鈉(均采用工業(yè)級)。

        儀器與裝置:氧化塔(自制),計量泵,風(fēng)機,2000mL容器(若干),電爐,冷凝管,烘箱,馬沸爐,廣口瓶(若干),流量計。

        1.2 工藝流程示意圖

        1.3 實驗方法

        經(jīng)中和、過濾后的PTA廢水投入容器中,并按比例向其中投入氧化劑ClO2等,然后攪拌混合均勻,通過計量泵將配制好的廢水抽入氧化塔中進行氧化降解反應(yīng),反應(yīng)過程中通過風(fēng)機向反應(yīng)塔中鼓入一定量的空氣,處理后的廢水取出測定其COD值。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 廢水的酸堿性(pH值)對催化氧化降解效果的影響

        實驗中,進口廢水COD濃度約3000~3500mg/L,主體氧化劑ClO2水溶液濃度約為1000mg/L,投加量為廢水重量的30%,廢水在氧化塔中的停留時間為1小時,空氣與廢水的體積比為105~110︰1,不同廢水的酸堿性單因素實驗數(shù)據(jù)見圖2。

        圖2可見,催化氧化活性隨廢水pH值增大而降低,催化劑壽命隨酸性增強而縮短。當(dāng)廢水pH值小于4.5時,雖然在短時間內(nèi)可以獲得較好的固定床催化氧化降解效果,但催化劑性能很快喪失,失活速度隨廢水溶液酸性的增加而加快。廢水pH值控制在4.5~6較為合適。

        2.2 氧化劑投加量對廢水COD值的影響

        主體氧化劑采用二氧化氯溶液,濃度約為1000mg/L,廢水pH值為6.0,廢水在氧化塔中的停留時間為1小時,空氣與廢水的體積比為105~110︰1,不同氧化劑投加量實驗數(shù)據(jù)見圖3。

        圖3可見,隨著二氧化氯氧化劑投加量的升高,處理后的廢水的COD值逐漸降低。在工業(yè)化試驗中,氧化劑投加量試驗結(jié)果與小試及中試放大試驗結(jié)果基本一致,即當(dāng)二氧化氯氧化劑投加量在廢水重量的0~20%范圍內(nèi),出水COD值隨二氧化氯氧化劑投加量的不同變化較大,氧化劑投加量大于30%后,影響逐漸減小。兼顧處理效果和經(jīng)濟性,工業(yè)化試驗裝置氧化劑投加量最佳條件取為30%。

        2.3 氧化劑溶液濃度對出水COD值的影響

        廢水COD濃度在3000~3500mg/L,廢水pH值為6.0,氧化劑ClO2溶液投加量為廢水重量的27~30%,廢水在氧化塔的停留時間為1.5小時,空氣與廢水體積比為90~100︰1,不同氧化劑濃度實驗數(shù)據(jù)見圖4。

        隨著二氧化氯氧化劑溶液濃度的升高,處理后的廢水的COD值逐漸降低。當(dāng)二氧化氯溶液濃度大于1000mg/L后,出水COD值隨二氧化氯溶液濃度的增大降低趨緩,影響逐漸減小。兼顧處理效果和經(jīng)濟性,工業(yè)化裝置氧化劑溶液濃度的最佳條件取為1000mg/L。

        2.4 廢水在氧化反應(yīng)塔中的停留時間對出水COD值的影響

        廢水COD濃度約3000~3500mg/L,廢水pH值為4.5,主體氧化劑ClO2水溶液濃度約為1000mg/L,氧化劑ClO2溶液投加量為廢水重量的30%,空氣與廢水的體積比為105~110︰1,廢水在氧化反應(yīng)塔中的不同停留時間實驗數(shù)據(jù)見圖5。

        圖5可見,隨著廢水在氧化反應(yīng)塔中的停留時間的延長,處理后的廢水的COD值逐漸降低。在工業(yè)化試驗中,廢水在氧化塔中的停留時間試驗結(jié)果與小試及中試放大試驗結(jié)果變化規(guī)律基本一致,當(dāng)廢水停留時間在0~60min范圍內(nèi),增加停留時間對出水COD值的降低有明顯幫助,停留時間大于1小時后,影響逐漸減小。根據(jù)工業(yè)化試驗數(shù)據(jù)曲線可見,廢水在氧化反應(yīng)塔中的停留時間的最佳值為90 min(1.5小時)左右。

        2.5 氣液比(空氣與廢水的體積比)對出水COD值的影響

        廢水COD濃度約3000~3500mg/L,廢水pH值為4.5,主體氧化劑ClO2水溶液濃度約為1000mg/L,氧化劑ClO2溶液投加量為廢水重量的30%,廢水在氧化反應(yīng)塔中的停留時間為1小時,改變氣液比實驗數(shù)據(jù)見圖6。

        由圖6可見,隨著空氣與廢水的體積比的加大,處理后的廢水的COD值總體呈下降趨勢。在工業(yè)化試驗中,氣液比試驗結(jié)果與小試及中試放大試驗結(jié)果變化規(guī)律基本一致,表現(xiàn)出較明顯的放大效應(yīng),影響效果被放大。根據(jù)工業(yè)化試驗數(shù)據(jù)曲線,最佳條件為空氣與廢水的體積比控制在100︰1。

        2.6 連續(xù)性試驗

        工藝條件:廢水pH值為6.0,主體氧化劑ClO2水溶液濃度約為1000mg/L,氧化劑ClO2溶液投加量為廢水重量的30%,廢水在氧化反應(yīng)塔中的停留時間為1.5小時,空氣與廢水的體積比為100︰1。在優(yōu)化工藝操作條件下進行了PTA混合廢水降解氧化處理的連續(xù)性試驗,試驗結(jié)果見圖7。

        當(dāng)工業(yè)化試驗裝置來水COD濃度發(fā)生較大波動(出現(xiàn)高污染性脈沖)時,氧化塔出水COD濃度表現(xiàn)為彈性變化,在來水COD濃度處于峰值期,出水COD值也相應(yīng)上升;當(dāng)來水COD濃度回落后,出水COD值也能迅速恢復(fù)到正常水平;催化氧化過程中對廢水COD濃度的降解率隨來水COD濃度而變化,COD濃度較高的污水經(jīng)固定床催化氧化后,可以獲得更高的COD降解率。

        3 結(jié) 論

        采用“中和→過濾→曝氣→催化氧化”為流程的二氧化氯組合工藝進行PTA廢水工業(yè)化處理,以濃度為1000mg/L左右的二氧化氯溶液為主氧化劑,氧化劑ClO2投加量為廢水重量的30%,廢水在氧化反應(yīng)塔中的停留時間約為1.5小時,空氣與廢水的體積比為100︰1,廢水溶液的pH值為5.0~6.0,反應(yīng)溫度為廢水自身溫度,可以大幅度地降低PTA混合廢水的COD值,該處理方法具有操作簡便、節(jié)省了堿耗、操作彈性大、處理成本低等特點。

        參考文獻:

        [1]李剛,申立賢.對苯二甲酸生產(chǎn)廢水處理技術(shù)[J].中國沼氣,1995,15(02):23—25.

        [2]張錫輝,劉勇弟.廢水生物處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003,522-538.

        [3]申立賢,劉玖.對苯二甲酸厭氧生物降解機理與途徑研究[C].環(huán)境保護科學(xué)技術(shù)新進展.中國建筑工業(yè)出版社,1993(10):120-123.

        [4]江舉輝,虞繼舜,李武等.臭氧協(xié)同產(chǎn)生·OH的高級氧化過程研究進展及影響因素的探討[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2001,27(12):16-20.

        [5]Robbert Kleerebezem.The role of benzoate in anaerobic degradation of terephthalalate[J].Applied and Environment Microbiology. 1999,65(03):1161-1167.

        作者簡介:胡良(1961-),遼寧沈陽人,本科,教授級高級工程師,研究方向:給水排水工程。

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