陸靜怡 潘 琨

（揚州大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇 揚州 225100）

0 引言

隨著石油資源在能源中的地位逐漸上升，社會對其需求量也日益增大，需要處理運送石油的船舶洗艙廢水量也急劇增多。此類廢水具有成分復雜、COD 濃度高、可生化性差等特點，很難直接使用傳統(tǒng)生化法處理。該文以某高濃度船舶污水（COD 為32 000 mg/L 左右）為研究對象，對傳統(tǒng)微電解工藝進行強化，加入臭氧曝氣組合為臭氧-微電解處理工藝。

1 臭氧氧化技術

1.1 機理

臭氧氧化技術是一種高級氧化技術，可以較大地提高廢水的可生化性，對處理有機廢水具有較好的效果，因此在水處理中的應用愈加廣泛[1]。臭氧是由3 個氧原子組成的氧單質，具有極強的氧化能力，能分解有機大分子結構，使其轉化為小分子有機物。臭氧氧化一般被認為存在2 種機理——直接氧化和間接氧化。直接氧化是指臭氧本身具有極強的氧化性，水中的O3分子直接和水體中有機物進行反應[2]；間接氧化是指臭氧溶于水后產(chǎn)生具有更強氧化性的羥基自由基，對水中有機物進行氧化作用[3]。

1.2 實驗裝置與方法

臭氧氧化實驗裝置由空氣泵、臭氧發(fā)生器（5 g/h）、反應柱（有效容積3 L）、尾氣收集裝置等組成，采用COD 標準消解法（重鉻酸鉀消解、硫酸亞鐵銨滴定）進行測定COD，使用紫外分光光度計測定UV254。UV254 是水中有機物在254 nm 波長紫外光下的吸光度，一定程度上可以反映水中大分子有機物的含量。

1.3 實驗數(shù)據(jù)

經(jīng)小試實驗確定反應初始pH 為8.5，臭氧投加速率3 mg/（L·min），設計臭氧氧化反應時間為6 h，每隔1 h 取樣。實驗結果如圖1 所示。

由圖1 可知，反應前4 h，隨著時間的增長，COD 去除率逐漸增大；當反應時長達到4 h 時，臭氧氧化對COD 處理效果最佳，去除率達42.1%；4 h 后COD 去除率基本不變。前2 h UV254 降低顯著，后4 h 趨于平緩，由此可知，臭氧能較好的分解大分子有機物。

圖1 臭氧氧化時長對COD 去除率及UV254 的影響

2 微電解工藝

2.1 機理

微電解又稱內電解，主要是利用鐵、碳在廢水中產(chǎn)生電位差后形成原電池，產(chǎn)生物理吸附、氧化還原以及絮凝沉淀等反應[4]。由電極反應和其引發(fā)的一系列反應共同作用，達到水中污染物的去除。

陽極發(fā)生的反應如下：

Fe-2e-=Fe2+

陰極在酸性充氧條件下發(fā)生的反應如下：

O2+4H++4e-=2H2O

在電極反應過程中，陽極產(chǎn)生的Fe2+和陰極產(chǎn)生的[H]都具有還原性，化學活性高，可與多種污染物發(fā)生氧化還原反應[5]。如通過反應使含硝基的有機物還原為胺基，使偶氮鍵斷裂，打破有機物的分子結構，使環(huán)狀物質開環(huán)、鏈狀大分子物質斷鏈，提高廢水的可生化性。

2.2 實驗裝置與方法

微電解實驗裝置由空氣泵、反應柱（有效容積3 L）以及鐵碳球等組成，采用COD 標準消解法（重鉻酸鉀消解、硫酸亞鐵銨滴定）進行測定COD。

2.3 實驗數(shù)據(jù)

經(jīng)小試實驗確定微電解反應初始pH 為3，設計微電解反應時間為5 h，每隔1 h 取樣。實驗結果如圖2 所示。

圖2 微電解反應時長對COD 去除率的影響

由圖2 可知，反應前2 h，隨著時間的增長，COD 去除率逐漸增大；當反應時長達到2 h 時，微電解對COD 處理效果最佳，去除率達45.8%；2 h 后COD 去除率變化不大。

3 臭氧-微電解組合工藝

3.1 機理

臭氧-微電解組合工藝是指臭氧氧化和微電解反應同時進行，臭氧氧化可以對微電解提供曝氣，微電解填料對臭氧氧化有催化的作用。在臭氧氧化過程中，不斷消耗中的氫氧根產(chǎn)生·OH，隨著溶液pH 逐漸降低，臭氧氧化產(chǎn)生的·OH逐漸減少，COD 處理效率逐漸降低；當pH 降低后微電解起主要作用，反應產(chǎn)生的氫氧化物有一定的絮凝沉淀作用。

微電解過程中，陽極反應生成的Fe2+及部分Fe2+氧化生成的Fe3+，反應過后調整pH 至8 左右，生成Fe（OH）2和Fe（OH）3絮凝沉淀，能較好的吸附絮凝廢水中原有的懸浮物以及微電解反應產(chǎn)生的不溶物。廢水中的微電場環(huán)境使Fe（OH）3的吸附絮凝能力高于一般混凝劑水解得到的Fe（OH）3的吸附絮凝能力。此外，F(xiàn)e2+和 Fe3+還能與廢水中的、S2-等無機離子反應生成沉淀而將其去除，降低其對后續(xù)生化系統(tǒng)的毒害性。

3.2 實驗裝置與方法

臭氧-微電解實驗裝置由空氣泵、臭氧發(fā)生器（5 g/h）、反應柱（有效容積3 L）、尾氣收集裝置、鐵碳球等組成，采用COD 標準消解法（重鉻酸鉀消解、硫酸亞鐵銨滴定）進行測定COD。

3.3 實驗數(shù)據(jù)

經(jīng)小試實驗確定臭氧-微電解反應初始pH 為8，臭氧投加速率3 mg/（L·min），設計反應時間5 h，每隔1 h 取樣。實驗結果如圖3 所示。

由圖3 可知，臭氧+微電解組合工藝對COD 去除效果良好，在4 h 時達到最佳處理效果去除率59.7%。

圖3 臭氧-微電解反應時長對COD 去除率的影響

4 結論

實驗表明，采用臭氧-微電解組合工藝處理高濃度船舶污水處理操作靈活、效果穩(wěn)定、運行可靠。該工藝對濃度船舶污水COD 的總去除率達到59.7%，優(yōu)于傳統(tǒng)的臭氧氧化及微電解工藝。