復(fù)合催化氧化法處理PTA廢水的研究
[摘要]敘述了PTA廢水國(guó)內(nèi)外處理技術(shù)的現(xiàn)狀。試驗(yàn)研究了復(fù)合催化氧化法處理PTA廢水的效果，系統(tǒng)地考察了pH、反應(yīng)時(shí)間和氧化劑投加量對(duì)COD、色度去除率的影響，優(yōu)化了廢水處理的操作條件，最終以較低的成本和方便的操作將PTA混合污水的COD降至420mg／L左右，進(jìn)一步用生物降解系統(tǒng)進(jìn)行處理可使其COD降至150mg／L以下。本方法操作簡(jiǎn)單，工藝流程合理，處理效果好，可操作性強(qiáng)，環(huán)境友好。
[關(guān)鍵詞]對(duì)苯二甲酸；催化；氧化；廢水處理
對(duì)苯二甲酸(PTA)是生產(chǎn)合成樹(shù)脂、滌綸纖維等產(chǎn)品的重要原料，目前國(guó)內(nèi)PTA裝置均采用對(duì)二甲苯氧化工藝，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量高濃度有機(jī)廢水，廢水組成復(fù)雜，主要污染物包括甲苯、對(duì)二甲苯、對(duì)甲基苯甲酸、對(duì)苯二甲酸(PTA或TA)、鄰苯
二甲酸、苯甲酸、對(duì)羧基苯甲醛、醋酸酯、醋酸、鈷錳催化劑、乙醛、揮發(fā)酸以及生產(chǎn)過(guò)程中所用的原料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)物等四十余種有機(jī)污染物質(zhì)。由于該廢水水質(zhì)復(fù)雜而多變，大大增加了治理的難度。高級(jí)氧化工藝在印染工業(yè)廢水、制藥工業(yè)廢水的處理中獲得了令人滿(mǎn)意的效果。筆者采用復(fù)合催化氧化法處理PTA廢水，系統(tǒng)地考察了pH、反應(yīng)時(shí)間和氧化劑投加量對(duì)COD、色度去除率的影響，優(yōu)化了廢水處理的操作條件，最終以較低的成本和方便的操作將高濃度PTA混合污水的COD降至420mg／L左右，進(jìn)一步用生物降解系統(tǒng)進(jìn)行處理可使其COD降至150mg／L以下。
1實(shí)驗(yàn)
1．1試劑與儀器
試劑：二氧化氯(C10)，重鉻酸鉀，催化劑(自制)，硫酸銀，硫酸，硫代硫酸鈉，均采用分析純。
儀器與裝置：氧化塔(玻璃)，計(jì)量泵，風(fēng)機(jī)，2000mL容器若干，電爐，冷凝管，烘箱，馬弗爐，廣口瓶若干，流量計(jì)。
1．2工藝流程
PTA廢水處理工藝流程如圖1所示。
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由圖1可見(jiàn)．在該工藝中通過(guò)沉降、過(guò)濾去除PTA廢水中含有的懸浮顆粒．再進(jìn)人裝填有非均相催化劑的催化反應(yīng)塔中．與二氧化氯氧化劑混合后
進(jìn)行催化氧化降解處理．上述反應(yīng)物在催化反應(yīng)塔中能產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的活性基團(tuán)——羥基自由基(HO·)，這些自由基能激發(fā)有機(jī)物分子中的活潑氫生成R·自由基或羥基取代中間體，成為進(jìn)一步氧化反應(yīng)的引發(fā)劑，使中間體開(kāi)環(huán)裂解，大分子變成小分子．小分子進(jìn)一步氧化成二氧化碳和水，處理后的水相經(jīng)曝氣后直接進(jìn)人生化處理系統(tǒng)。
1．3實(shí)驗(yàn)方法
將沉降、過(guò)濾后的PTA廢水投人容器中，并按比例向其中投入氧化劑C10等，然后攪拌混合均勻．通過(guò)計(jì)量泵將配制好的廢水抽人催化反應(yīng)塔中進(jìn)行催化氧化降解反應(yīng)．反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)風(fēng)機(jī)向反應(yīng)塔中鼓人一定量的空氣．處理后廢水取樣測(cè)定COD.
2結(jié)果與討論
2．1C10投加量的影響
主體氧化劑采用C10溶液，質(zhì)量濃度約為1000mg／L。在其他條件[(空氣)：(廢水)為105～110，溶液的pH為4．5，反應(yīng)溫度為(15±5)oC，廢水在反應(yīng)塔中HRT=Ih]不變的情況下，氧化劑C10投加量對(duì)COD影響見(jiàn)圖2。
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由圖2可見(jiàn)，隨著C10投加量的升高，處理后廢水的COD逐漸降低。當(dāng)m(C10溶液)：m(廢水)在0～0．2范圍內(nèi)時(shí)，出水COD隨C10投加量的不同變化較大，達(dá)到0．3后，影響逐漸減小。當(dāng)m(C10溶液)：m(廢水)=0．3時(shí)，出水COD可控制在400～450mg／L之間。
2．2廢水HRT的影響
在其他條件[m(C10溶液)：m(廢水)=O．3，(空氣)：V(廢水)為105～llO，溶液的pH為4．5，反應(yīng)溫度為(15±5)oC]不變的情況下，考察了廢水在塔中的HRT對(duì)COD去除效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。
由圖3可見(jiàn)．隨著廢水在催化反應(yīng)塔中的HRT的延長(zhǎng)，處理后廢水的COD逐漸降低。當(dāng)m(C102溶液)：m(廢水)在0～0．3范圍內(nèi)，增加廢水在催化反應(yīng)塔中的停留時(shí)間對(duì)出水COD的降低有明顯幫助。廢水在催化反應(yīng)塔中的HRT>1h后，影響逐漸減小。當(dāng)HRT為1h左右時(shí)，出水COD可控制在400～450mg／L。
2．3氣液比的影響
在氧化反應(yīng)降解PTA廢水過(guò)程中，從塔底部通人空氣，一方面可以利用空氣中的氧氣幫助降解廢水中的有機(jī)物。減少氧化劑的消耗量；另一方面，可以起攪拌作用．促進(jìn)催化反應(yīng)塔中的液相均勻分布，但通氣量增大也會(huì)導(dǎo)致固定床催化劑的破損加劇。在其他條件[m(C10：溶液)：m(廢水)=O-3，廢水在催化反應(yīng)塔HRT=1h，溶液的pH為4．5，反應(yīng)溫度為室溫(15±5)cI=]不變時(shí)，改變氣液比，考察其對(duì)COD去除效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。
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由圖4可見(jiàn)，隨著(空氣)：(廢水)的加大，處理后的廢水的COD總體呈下降趨勢(shì)。當(dāng)(空氣)：(廢水)>100后，增加空氣的流量不再具有積極意義。催化反應(yīng)塔中催化劑的破損率隨著空氣流量的加大而加劇，當(dāng)(空氣)：V(廢水)>120后，固定床催化劑破損率隨氣液比的增加而嚴(yán)重加劇。綜合兩方面因素，(空氣)：(廢水)應(yīng)控制在100～l1O。
2．4廢水pH的影響
在其他條件[m(C10溶液)：m(廢水)=0．3，(空氣)：(廢水)為105～110，反應(yīng)溫度(15±5)cI=，HRT=1h]不變的情況下，考察了廢水的pH對(duì)COD去除效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。
由圖5可見(jiàn)，隨著廢水pH的增大。處理后的廢水的COD逐漸變大，即廢水的酸性化有利于其中有機(jī)物的氧化降解．但pH<4后其對(duì)氧化降解效果的影響不明顯。故選擇pH在4．0～5．O之間，此為水樣的pH。
2．5反應(yīng)溫度的影響
實(shí)驗(yàn)證明，在其他條件不變的情況下，提高反應(yīng)溫度可以在一定程度上增加反應(yīng)速度，縮短廢水的停留時(shí)間。但改變反應(yīng)溫度對(duì)出水COD的影響較小，考慮在建設(shè)工業(yè)化裝置時(shí)對(duì)系統(tǒng)加熱會(huì)帶來(lái)較大的麻煩，故選擇常溫進(jìn)行氧化處理較為合適。
3結(jié)論
以質(zhì)量濃度為1000mg／L的C102溶液為主氧化劑，采用復(fù)合催化氧化法處理PTA廢水，m(C10：溶液)：m(廢水)=o．3，廢水在催化反應(yīng)塔中的HRT=1h，(空氣)：(廢水)為105～110，廢水的pH為4．5，反應(yīng)溫度為常溫．可以將PTA混合廢水的COD從3000降至420mg／L。該處理方法具有操作簡(jiǎn)便、操作彈性大、處理成本低等特點(diǎn)。
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