為了保證煤化工廢水近零排放，需增設深度處理工藝單元。催化臭氧氧化是一種高級氧化技術(shù)及有效的深度處理技術(shù)，不產(chǎn)生二次污染，同時(shí)，活性炭?jì)r(jià)格低廉，催化臭氧氧化降解有機物效果較好。因此，本文探討了粉末活性炭-陶瓷膜臭氧深度處理煤化工廢水。

　　1、試驗裝置與方法

　　1.1 試驗材料

　　1)試驗用水來(lái)源及水質(zhì)指標。

　　煤化工企業(yè)排放廢水總體表現為高COD、高鹽分、高污染、有毒有害物質(zhì)多、可生化降解性較差，一般的預處理和生化處理難以盡可能地降低污染，實(shí)現零排放，故需增設深度處理工藝單元。本試驗以某煤氣化工業(yè)廢水經(jīng)生化處理后的二沉池出水為處理對象，對其進(jìn)行深度處理。原水主要水質(zhì)指標見(jiàn)表1。

　　2)木質(zhì)商售活性炭。

　　為了滿(mǎn)足反應器運行時(shí)的需求，本試驗采用木質(zhì)商售活性炭，生廠(chǎng)廠(chǎng)家及性能指標如表2所示。

　　1.2 試驗儀器及裝置

　　1)試驗使用的儀器如表3所示。

　　2)試驗裝置及步驟。

　　催化臭氧氧化實(shí)際廢水燒杯間歇性攪拌試驗：在燒瓶中放入1L初始廢水，活性炭投加量為2g?L-1，臭氧由純氧經(jīng)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生，將所得氧氣/臭氧混合氣連續通入燒瓶中，投加量200mg?L-1，使用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速度為600r?min-1，反應時(shí)間為30min，在室溫(25±3)℃下通風(fēng)櫥中進(jìn)行。

　　構建一套粉末活性炭-陶瓷膜臭氧催化氧化反應器，利用該反應器進(jìn)行連續流的試驗。其中，陶瓷膜組件下方設置臭氧及空氣曝氣管，這種設置的目的是向反應器通入臭氧的同時(shí)，利用空氣氣泡的剪切作用，減緩膜污染。設置空氣曝氣管，利用空氣氣泡的剪切作用，減緩膜污染。粉末活性炭-陶瓷膜臭氧催化氧化反應器裝置如圖1所示。

　　1.3 分析項目與方法

　　本試驗分析項目與測試方法具體如下：

　　1)實(shí)際廢水中的有機物表征采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)儀器。

　　2)跨膜壓差測定使用壓力傳感器監測計算。

　　3)臭氧投加量，臭氧利用率。

　　4)膜通量。

　　5)COD測定方法采用快速消解分光光度法(HJ/T399-2007)測定，取樣時(shí)間點(diǎn)為2.5、5、10、20、30min，過(guò)濾后測COD值。

　　2、運行參數探究

　　2.1 燒杯間歇試驗優(yōu)選臭氧投加量

　　首先，在含有1L廢水燒杯中進(jìn)行單獨臭氧氧化(曝氣質(zhì)量濃度60mg?L-1，30min)及單獨活性炭吸附試驗。結果顯示，COD降解率分別為37%及58%。其次，在5個(gè)燒杯中分別放入1L廢水樣品，進(jìn)行粉末活性炭-臭氧氧化混合間歇性試驗，粉末活性炭(PAC)投加量均為2g?L-1，臭氧投加量分別為0、40、80、120、160mg?L-1。結果顯示，COD降解率分別為61%、67%、70%及73%。由此可見(jiàn)，單獨臭氧氧化及單獨活性炭吸附降解目標廢水效果較差，PAC投加量為2g?L-1，臭氧投加量為120mg?L-1時(shí)，COD降解率較高。商售木質(zhì)活性炭在不同臭氧投加量下催化臭氧氧化效果如圖2所示。

　　2.2 反應器運行通量的確定

　　臭氧投加量確定為120mg?L-1，膜面積S=0.04m2，設計流量2L?h-1，平均流量1.62L?h-1，水力停留時(shí)間HRT=1h，待反應器運行穩定后通過(guò)改變泵速調節通量。根據經(jīng)濟性確定，40MLH以下通量經(jīng)濟性不佳，超過(guò)80MLH，長(cháng)期工作會(huì )導致膜機械破壞，最終確認50MLH為合適的膜通量，此時(shí)，跨膜壓差為13.5kPa。

　　3、反應器處理效果

　　3.1 反應器處理效果

　　根據確定的運行參數，在臭氧曝氣量0.3L?min-1，即，臭氧投加量120mg?L-1，膜通量50MLH，COD為181.8mg?L-1進(jìn)水情況下，進(jìn)行粉末活性炭-陶瓷膜臭氧催化氧化反應器運行小試。先用廢水充滿(mǎn)反應器，再開(kāi)始臭氧曝氣和空氣輔助曝氣，測定出水COD，記錄跨膜壓差。出水COD和跨膜壓差見(jiàn)圖3。

　　由圖3可知，在0min~100min內，隨著(zhù)反應時(shí)間的推進(jìn)，TMP逐漸升高，出水COD逐漸降低，且變化較快。分析原因可能是，反應初期，陶瓷膜膜污表面凝膠層迅速生成，同時(shí)，由于凝膠層的生成，膜過(guò)濾效果慢慢變好，出水COD下降。在100min~200min內，隨著(zhù)反應時(shí)間的推進(jìn)，TMP略有升高，出水COD值略微降低，且變化較慢。分析原因可能是，膜表面凝膠層生成與脫落達到平衡，跨膜壓差趨于穩定，且進(jìn)水COD與反應器內催化臭氧氧化分解水中有機物達到平衡。同時(shí)，由粉末活性炭-陶瓷膜臭氧催化氧化反應器運行狀況可知，出水COD<60mg?L-1，符合煤化工廢水排放標準中直接排放的限值(80mg?L-1)。

　　3.2 催化臭氧氧化對跨膜壓差的控制效果

　　為了考察臭氧對膜污染的影響以及臭氧利用率與跨膜壓差關(guān)系，在連續運行反應器時(shí)采用了5、10、15、20mg?L-14種臭氧曝氣濃度。結果顯示，隨著(zhù)臭氧投加量的增大，出水COD和跨膜壓差均略有下降，如圖4所示。同時(shí)，計算得出的臭氧利用率與跨膜壓差關(guān)系，如圖5所示。

　　由圖4、圖5可以看出，臭氧投加量越大，臭氧利用率越低，TMP越低。據推測，出現這種情況的原因可能是，增大臭氧投加量，反應器中臭氧量增多，在一定濃度下催化氧化廢水效果更明顯，導致污水COD降低，膜內外濃度差變小，過(guò)濾壓力減小，同時(shí)，可能產(chǎn)生過(guò)量的羥基自由基，氧化分解了凝膠層中的有機物，使其厚度降低，進(jìn)而導致TMP降低。

　　4、結論

　　通過(guò)本次試驗，得到如下結論：

　　1)粉末活性炭陶瓷膜臭氧深度處理煤化工廢水的最佳運行參數：活性炭投加量2.0g?L-1，水力停留時(shí)間1h，臭氧投加量120mg?L-1，膜通量50LMH。

　　2)進(jìn)水COD為180mg?L-1時(shí)，出水COD為58mg?L-1，符合煤化工廢水排放標準中直接排放的限值(80mg?L-1)。

　　3)在連續運行試驗后進(jìn)行了改變臭氧濃度的試驗，發(fā)現臭氧濃度與跨膜壓差負相關(guān)，增大臭氧濃度能降低跨膜壓差，產(chǎn)生類(lèi)似膜清洗的效果。(來(lái)源：山西晉新科源環(huán)?？萍加邢薰?