實驗室有機廢水處理O3H2O2高階氧化技術

實驗室廢水是指由教育機構的各類實驗室、工業研發實驗室、國家設立的分析實驗室和質量保證實驗室、醫療衛生行業的測試實驗室在科研、教學、工業產品試製等活動中排放的廢水，同時也包括器皿、裝備洗滌水中冷卻水，地面清洗水，消毒用水及其研究過程中廢棄物水等。根據廢水中所含主要汙染物性質，可以分為有機和無機實驗室廢水兩大類。

實驗室廢水的排放週期不定，排放量也無規律性，所含汙染物成分較為簡單，但個別汙染因子的濃度較高，也具有潛在的危險性，容易造成汙染事故，特別是化工類實驗室的有機廢水。此類廢水未作處理直接排放進入市政管網，對汙水處理廠的生物處理過程會造成較大沖擊，給汙水處理廠出水達標帶來較大難度。因此要求實驗室有機廢水處理技術與方法具有高效性、簡便性、多用途性。

張鐵楷等利用Fenton試劑氧化降解有機廢水，發現Fenton試劑處理後廢水中PAM降解率可達90%以上。OH具有很高的親電性和電負性，其電子親和能達568。3kJ，具有很強的加成反應特性。Fenton試劑降解PAM的過程中，Fe2+和H2O2快速反應生成大量的OH，而自身被氧化為Fe3+，產生的OH既可以和有機物快速反應，又在氧化Fe2+的同時生成OH-。在反應過程中OH奪取PAM中的H原子形成有機自由基，填充不飽和C-C鍵使聚合物迅速降解。Fe2+/S2O2-8復配體系降解PAM時，南玉明等驗證了PAM化學降解屬於自由基反應。鄧磊等採用採用Fenton法進行處理，對鑽井廢水中有機物變化及反應機理進行了研究。最佳條件下，Fe/C-H2O2耦合工藝出水中芳香化程度和聚合度大幅降低，高分子物質完全降解為小分子。徐軍等透過對比臭氧、臭氧催化氧化、臭氧/雙氧水和臭氧/雙氧水催化氧化4種工藝深度處理化工廢水的效果，臭氧/雙氧水處理效果較優，利於後續生化法處理。

根據實驗室廢水特點，排放量小，成分較為簡單，因此選擇高效簡單的O3/H2O2處理工藝，考察O3/H2O2高階氧化技術在不同的處理條件（臭氧投加量、H2O2投加量、pH值、反應時間）下對實驗室高濃度有機廢水中COD的去除率影響，並透過頁岩氣採出水進行驗證。

1、實驗

1。1 實驗材料

重鉻酸鉀（GR）、水合醋酸鈉（AR）、冰醋酸（AR）、甲酸鈉（AR）、由成都科龍試劑廠提供。

實驗廢水採用某測試公司實驗室中採用GC-MS、氣相色譜儀、紅外測油儀等儀器分析後產生的廢水；廢水中主要含二氯甲烷、乙醇、四氯化碳等有機汙染物，COD含量為1250mgL-1，色度為50倍。

1。2 實驗儀器

MCB3-20型臭氧發生器，青島國林；可見光分光光儀，上海佑科。

1。3 實驗方法

1。3。1 COD的測定

採COD的測定用國標GB/T11914-1989（水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法）。

1。3。2 O3/H2O2高階氧化技術對實驗有機廢水處理方法

取100mL廢液置於1000mL臭氧反應器中，調節臭氧發生器電壓、電流向其通入臭氧同時加入H2O2，透過改變臭氧投加量、H2O2投加量、pH值等條件，在一定的曝氣反應時間後測量廢水中COD含量。

2、結果與討論

2。1 臭氧投加量對實驗廢水中COD去除率的影響

如圖1所示，當pH值為10，H2O2投加量為0。5mgL-1，曝氣時間30min，實驗廢水中COD含量隨著臭氧投加量的增加而降低，去除率先快後慢。當臭氧投加量達到40mgL-1後去除率達到80。34%。臭氧投加量的增加可增加試驗廢水中OH含量，增加OH與實驗廢水中有機物接觸提高氧化效率。

2。2 pH值對實驗廢水中COD去除率的影響

改變pH值，當臭氧投加量為40mgL-1，H2O2投加量為0。5mgL-1，曝氣時間30min，實驗廢水中COD去除率如圖2所示。

圖2中隨著pH值的增加實驗廢水中COD的去除率減小，這與其他臭氧催化反應實驗研究不一致，但與臭氧在廢水中分解OH為鏈式反應理論一致，在試驗中投加了H2O2，H2O2進入廢水中在酸性條件下迅速分解生成氧化能力很強的OH，其氧化電位高達2。70V，僅次於氟。OH，使臭氧進入廢水時不需要調節為鹼性提供OH而發生鏈式反應。在O3/H2O2反應體系中，OH的產生和淬滅可以歸結為如下反應：

2。3 雙氧水投加量對實驗廢水中COD去除率的影響

改變H2O2的投加量，當臭氧投加量為40mgL-1，pH為3，曝氣時間30min，實驗廢水中COD的去除率隨著投加量的增加而提高，但當投加量達到0。7mgL-1以後，COD的去除率開始降低如圖3所示。

H2O2進入廢水中分解生成氧化能力很強的OH，不僅增加了廢水中OH含量為廢水中有機汙染物提供更多的接觸機率而被氧化，同時為臭氧進入廢水中提供OH，激發鏈式反應，但隨著H2O2的投加量增加OH濃度增加，增加OH之間接觸而淬滅使實驗廢水中COD的去除率降低。

2。4 反應時間對實驗廢水中COD去除率的影響

反應時間對實驗廢水中COD的去除率影響如圖4所示，當臭氧投加量為40mgL-1，H2O2投加量為0。5mgL-1，pH為3，隨著曝氣時間的增加實驗廢水中COD的去除率增加，但到40min後，其COD去除率變化平穩。當臭氧投加量、H2O2的投加量一定後，反應體系中提供的強氧化性物質恆定，隨著反應時間的延長，實驗廢水中有機物的去除率並不能大幅度提高，因此當臭氧投加量為40mgL-1、H2O2的投加量為0。7mgL-1時，100mL實驗廢水在反應40min後，其COD的去除率達到90%以上。

2。5 O3/H2O2高階氧化技術對頁岩氣採出水中COD去除率影響

為考察O3/H2O2高階氧化技術對不同廢水中COD去除效果評價，將COD濃度分別為1426mgL-1的頁岩氣採出水、762mgL-1的頁岩氣壓裂返排液，各取100mL按1。3。2方法處理，當臭氧投加量為40mgL-1、雙氧水投加量為0。7mgL-1、pH值為5、反應時間為40min時，頁岩氣採出水的COD濃度為166。84mgL-1，COD去除率達到88。30%，頁岩氣壓裂返排液的COD濃度為97。5mgL-1COD去除率達到87。20%。因此O3/H2O2高階氧化技術對其他廢水中COD的去除也有較好效果。

3、結論

（1）透過考察O3/H2O2高階氧化技術在不同條件下對實驗室有機廢水中COD去除率的影響，確定了最佳處理條件：臭氧投加量為40mgL-1、雙氧水投加量為0。7mgL-1、pH值為5、反應時間為40min時，其COD去除率達90。41%，可排入城市管網。

（2）採用O3/H2O2高階氧化技術在相同條件下處理的頁岩氣採出水、頁岩氣壓裂返排液，其COD去除率達85%以上，因此O3/H2O2高階氧化技術對其他廢水中COD的去除也有較好效果。