臭氧-微电解组合工艺处理高浓度船舶污水的研究

陆静怡 潘 琨

（扬州大学环境科学与工程学院，江苏 扬州 225100）

0 引言

随着石油资源在能源中的地位逐渐上升，社会对其需求量也日益增大，需要处理运送石油的船舶洗舱废水量也急剧增多。此类废水具有成分复杂、COD 浓度高、可生化性差等特点，很难直接使用传统生化法处理。该文以某高浓度船舶污水（COD 为32 000 mg/L 左右）为研究对象，对传统微电解工艺进行强化，加入臭氧曝气组合为臭氧-微电解处理工艺。

1 臭氧氧化技术

1.1 机理

臭氧氧化技术是一种高级氧化技术，可以较大地提高废水的可生化性，对处理有机废水具有较好的效果，因此在水处理中的应用愈加广泛[1]。臭氧是由3 个氧原子组成的氧单质，具有极强的氧化能力，能分解有机大分子结构，使其转化为小分子有机物。臭氧氧化一般被认为存在2 种机理——直接氧化和间接氧化。直接氧化是指臭氧本身具有极强的氧化性，水中的O3分子直接和水体中有机物进行反应[2]；间接氧化是指臭氧溶于水后产生具有更强氧化性的羟基自由基，对水中有机物进行氧化作用[3]。

1.2 实验装置与方法

臭氧氧化实验装置由空气泵、臭氧发生器（5 g/h）、反应柱（有效容积3 L）、尾气收集装置等组成，采用COD 标准消解法（重铬酸钾消解、硫酸亚铁铵滴定）进行测定COD，使用紫外分光光度计测定UV254。UV254 是水中有机物在254 nm 波长紫外光下的吸光度，一定程度上可以反映水中大分子有机物的含量。

1.3 实验数据

经小试实验确定反应初始pH 为8.5，臭氧投加速率3 mg/（L·min），设计臭氧氧化反应时间为6 h，每隔1 h 取样。实验结果如图1 所示。

由图1 可知，反应前4 h，随着时间的增长，COD 去除率逐渐增大；当反应时长达到4 h 时，臭氧氧化对COD 处理效果最佳，去除率达42.1%；4 h 后COD 去除率基本不变。前2 h UV254 降低显著，后4 h 趋于平缓，由此可知，臭氧能较好的分解大分子有机物。

图1 臭氧氧化时长对COD 去除率及UV254 的影响

2 微电解工艺

2.1 机理

微电解又称内电解，主要是利用铁、碳在废水中产生电位差后形成原电池，产生物理吸附、氧化还原以及絮凝沉淀等反应[4]。由电极反应和其引发的一系列反应共同作用，达到水中污染物的去除。

阳极发生的反应如下：

Fe-2e-=Fe2+

阴极在酸性充氧条件下发生的反应如下：

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

在电极反应过程中，阳极产生的Fe2+和阴极产生的[H]都具有还原性，化学活性高，可与多种污染物发生氧化还原反应[5]。如通过反应使含硝基的有机物还原为胺基，使偶氮键断裂，打破有机物的分子结构，使环状物质开环、链状大分子物质断链，提高废水的可生化性。

2.2 实验装置与方法

微电解实验装置由空气泵、反应柱（有效容积3 L）以及铁碳球等组成，采用COD 标准消解法（重铬酸钾消解、硫酸亚铁铵滴定）进行测定COD。

2.3 实验数据

经小试实验确定微电解反应初始pH 为3，设计微电解反应时间为5 h，每隔1 h 取样。实验结果如图2 所示。

图2 微电解反应时长对COD 去除率的影响

由图2 可知，反应前2 h，随着时间的增长，COD 去除率逐渐增大；当反应时长达到2 h 时，微电解对COD 处理效果最佳，去除率达45.8%；2 h 后COD 去除率变化不大。

3 臭氧-微电解组合工艺

3.1 机理

臭氧-微电解组合工艺是指臭氧氧化和微电解反应同时进行，臭氧氧化可以对微电解提供曝气，微电解填料对臭氧氧化有催化的作用。在臭氧氧化过程中，不断消耗中的氢氧根产生·OH，随着溶液pH 逐渐降低，臭氧氧化产生的·OH逐渐减少，COD 处理效率逐渐降低；当pH 降低后微电解起主要作用，反应产生的氢氧化物有一定的絮凝沉淀作用。

微电解过程中，阳极反应生成的Fe2+及部分Fe2+氧化生成的Fe3+，反应过后调整pH 至8 左右，生成Fe（OH）2和Fe（OH）3絮凝沉淀，能较好的吸附絮凝废水中原有的悬浮物以及微电解反应产生的不溶物。废水中的微电场环境使Fe（OH）3的吸附絮凝能力高于一般混凝剂水解得到的Fe（OH）3的吸附絮凝能力。此外，Fe2+和 Fe3+还能与废水中的、S2-等无机离子反应生成沉淀而将其去除，降低其对后续生化系统的毒害性。

3.2 实验装置与方法

臭氧-微电解实验装置由空气泵、臭氧发生器（5 g/h）、反应柱（有效容积3 L）、尾气收集装置、铁碳球等组成，采用COD 标准消解法（重铬酸钾消解、硫酸亚铁铵滴定）进行测定COD。

3.3 实验数据

经小试实验确定臭氧-微电解反应初始pH 为8，臭氧投加速率3 mg/（L·min），设计反应时间5 h，每隔1 h 取样。实验结果如图3 所示。

由图3 可知，臭氧+微电解组合工艺对COD 去除效果良好，在4 h 时达到最佳处理效果去除率59.7%。

图3 臭氧-微电解反应时长对COD 去除率的影响

4 结论

实验表明，采用臭氧-微电解组合工艺处理高浓度船舶污水处理操作灵活、效果稳定、运行可靠。该工艺对浓度船舶污水COD 的总去除率达到59.7%，优于传统的臭氧氧化及微电解工艺。