臭氧催化氧化處理化學鍍鎳廢水實驗方法

        采用臭氧催化氧化工藝處理化學鍍鎳廢水，以 Fe2O3-TiO2-MnO2/A12O3 作為臭氧催化劑，考察了不同反應條件下臭氧催化氧化對化學鍍鎳廢水的影響。結(jié)果表明，在初始 pH 為 9，臭氧投加量為 300 mg·L−1，反應時間為 60 min 的很佳反應條件下，水中 COD 可從 532 mg·L−1 下降至 285 mg·L−1，去除率達到 46.4%。臭氧催化氧化對化學鎳具有較好的破絡(luò)效果，在初始 pH 為 9，臭氧投加量為 200 mg·L−1，反應為 60 min 后進行混凝過濾，水中鎳的去除率可達到 86.7%。紫外全波段掃描分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)臭氧催化氧化后，各波段的吸收峰均有大幅度下降，位于 254 nm 和 320 nm 處的吸收峰基本消失，說明水中的苯環(huán)類物質(zhì)和共軛結(jié)構(gòu)被破壞。經(jīng)臭氧催化氧化后，廢水的生物毒性大幅降低，廢水的可生化性提高，出水 B/C 由原來的 0.12 提高到 0.36，為后續(xù)進一步生化處理提供了條件。
1 實驗水樣

實驗所用廢水為江蘇常州某電鍍廠化學鎳生產(chǎn)車間一級漂洗水，該車間電鍍液有硫酸鎳、次磷酸鈉、檸檬酸鈉、乙酸、氯化銨等物質(zhì)組成。廢水中有機物主要來源于鍍液中添加的穩(wěn)定劑、絡(luò)合劑和光亮劑，主要物質(zhì)包含烯炳基磺酸鈉、聚乙二醇、檸檬酸、十二烷基磺酸鈉、硫脲衍生物和未知名稱的含氮雜環(huán)類物質(zhì)等，水中鎳離子與絡(luò)合劑結(jié)合形成復雜的絡(luò)合離子。實驗用廢水COD 為 532 mg·L−1、總鎳為 78.2 mg·L−1、TP 為 64.2 mg·L−1、正磷酸根為 1.2 mg·L−1、pH 為 5.0，廢水呈綠色。

2 催化劑的制備

為去除陶粒表面油脂，將粒徑為 3~5 mm 的陶粒用質(zhì)量分數(shù)為 8% 的 NaOH 溶液浸泡，之后再用質(zhì)量分數(shù)為 13% 的稀硝酸溶液浸漬 1~2 h，很后用去離子水洗凈至出水中性后烘干，備用。以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，將其與無水乙醇和抑制劑冰醋酸混合，再加入適量水，得溶液溶膠 A。將一定量的硝酸錳、硝酸鐵加入到無水乙醇中，配成溶液 B，用酸調(diào)節(jié) pH 至 3.0。邊攪拌邊將溶液B 滴加到溶液溶膠 A 中，室溫下攪拌，使鈦酸四丁酯充分水解，得到溶液溶膠 C。將預處理后的陶粒浸漬在制備好的溶液溶膠 C 中 12 h，然后將溶液蒸發(fā)、干燥后，置于馬弗爐中，在 500 ℃ 條件下，焙燒 4 h，即得負載型 Fe2O3-TiO2-MnO2/Al2O3 催化劑[14]。

3 實驗裝置和方法

1) 臭氧催化氧化實驗。實驗工藝流程如圖 1 所示。實驗在室溫 (25±2) ℃ 下進行。臭氧反應器高度為 2 500 mm，直徑為 200 mm，為有機玻璃材質(zhì)，其中臭氧催化劑的填充率為 50%，催化劑在填充前用廢水浸泡直至吸附飽和。臭氧催化氧化采用靜態(tài)實驗的方式，底部采用剛玉微孔曝氣盤，孔徑 為 50 μm，臭氧發(fā)生器 以99.9% 的純氧為氣源，進氣氣體流速通過閥門調(diào)節(jié)，尾氣采用 KI 溶液吸收。通過內(nèi)循環(huán)泵將反應器內(nèi)廢水形成回流，從而使廢水均勻地與催化劑接觸，內(nèi)循環(huán)泵流速控制為 5 L·min−1。通過調(diào)節(jié)臭氧進氣濃度控制臭氧投加量，取不同反應時間的水樣分析污染物的去除率。

臭氧催化氧化實驗裝置圖

2) 化學沉淀實驗。取適量臭氧催化氧化出水于燒杯中，用 Ca(OH)2 調(diào)節(jié) pH 至 10，向燒杯中分別加入聚合氯化鋁 (PAC) 和聚丙烯酰胺 (PAM)，PAC 加藥量為 300 mg·L−1，PAM 加藥量為 5 mg·L−1。

將燒杯置于磁力攪拌器中，快速磁力攪拌 15 min 后，再慢速攪拌 40 min，靜置沉淀后，取上清液，通過定性濾紙過濾得到水樣。考察不同臭氧投加量、不同初始 pH 條件下水樣中鎳濃度的變化。

4 分析方法

COD、BOD、TP 和正磷酸根等指標的測定采用標準方法[15]；pH 采用酸度計 (pHB-2，上海雷磁儀器廠) 測定；UV254 和全波段掃描采用紫外分光光度計 (DR6000，HACH) 測定；鎳濃度采用火焰原子吸收分光光度法測定 (GB/T 5750.6-2006)，所用儀器型號為 (TAS-990MFG，北京普析通用儀器廠)。活性污泥比耗氧速率 (SOUR) 的檢測見文獻中的方法[16]。

臭氧催化氧化實驗裝置圖