基于光催化法的焦化废水处理技术研究

陈安才

（拜城县众泰煤焦化有限公司，新疆 阿克苏 842300）

0 引言

焦化废水是一种在炼焦过程中产生的液体，其含有大量的酚、胺等污染物，在排放前需要经过净化处理，否则将对环境产生严重的污染。目前焦化废水常用的净化方法包括厌氧-缺氧-好氧法、电化学氧化法、膜分离法等[1]。但随着环保要求的不断提高，现有的净化体系存在着净化效率低、成本高、净化不彻底等问题，难以满足高效净化处理需求。

结合焦化废水的特性，提出了一种新的基于光催化法的焦化废水处理技术，以二氧化钛为光反应催化剂，以多壁碳纳米管（MWCNTs）作为催化剂载体[2]，以过氧化氢为电子俘获剂实现了对焦化废水的深处理。本文重点对不同试剂组合下的基于光催化法的焦化废水处理效果进行了研究，结果表明，当MWCNTs掺杂率为0.5%、催化剂（TiO2/MWCNTs）质量浓度为1.0 g/L、双氧水用量为1.50 mL/L 时具有最佳的净化效果，此时对水中COD 的除去率达到了52.4%，对水中UV254的除去率达到了78.8%，有效提升了对焦化废水的深化处理效果。

1 试剂与设备准备

为了确保试验的准确性，对试验用的试剂和设备提出了较高的要求，因此在进行充分分析后，采用了纯度为99.6%的多壁碳纳米管（MWCNTs）试液、纯度为30%的过氧化氢试液。过氧化钛采用了随用随制的方案，首先将10 mL 的钛酸四丁酯以及20 mL 的酒精和0.2 g 的CTMAB（十六烷基三甲基溴化铵）完全混合，然后加入5 g 的CH3COOH，静置后形成溶液A。利用10 mL 酒精和2 mL 的蒸馏水混合后加入硝酸，将溶液的pH 值调节为2，静置后形成溶液B。然后把两种溶液混合，搅拌形成溶胶，待干燥后将其放入马弗炉中烘干，形成过氧化钛粉末[3]。

反应时的光化学反应采用了XPA-7 型化学反应仪，其结构如图1 所示。对污水中COD 值的测定采用了日本岛津公司的测定仪，对UV254的测定则采用了北京普析通公司的TU-1901 型测试仪[4]。

图1 XPA-7 型光化学反应仪

2 MWCNTs 掺杂率对净化效果影响分析

对掺杂率分别为0、0.25%、0.5%、1.0%情况下的MWCNTs 对焦化废水净化效果的影响进行分析，在进行对比验证时过氧化氢的加入量控制在1.6 mL/L，过氧化钛的添加量为1 g/L，所使用的焦化废水的pH 值为7.9。不同掺杂率情况下对水中COD 的净化效果如图2-1 所示，对UV254的净化效果如图2-2 所示。

图2 不同掺杂率对污水净化效果分析

由实际测试结果可知，当掺杂率在0～0.5%的情况下，污水中COD 的去除率随着掺杂率的增加而变大，最大为45.1%。污水中UV254的去除率随着掺杂率的增加而变大，最大为67.8%。当掺杂率继续增加的情况下，污水中COD 的去除率和UV254的去除率则随着掺杂率的增加而逐步降低[5]。这主要是由于，过量的MWCNTs 会产生团聚现象，导致其无法分散，进而降低了溶液对光的吸收率，影响了整体的反应效果。

3 催化剂（TiO2/MWCNTs）含量对污水净化效果影响

选择MWCNTs 的掺杂率为0.5%，过氧化氢的加入量控制在1.6 mL/L，焦化废水的pH 值为7.9，反应时间为150 min 的情况下对不同催化剂添加量对废水的净化效果进行分析，催化剂（TiO2/MWCNTs）的添加量分别为0、0.5、1.0、1.5 g/L。不同催化剂含量情况下对水中COD 的净化效果如图3-1 所示，对UV254的净化效果如图3-2 所示。

图3 不同催化剂含量对污水净化效果分析

由实际测试结果可知，当催化剂质量浓度在0～1.0 g/L 的情况下，污水中COD 的去除率随着催化剂含量的增加而变大，最大为45.3%。污水中UV254的去除率随着催化剂含量的增加而变大，最大为68.1%。当催化剂含量继续增加的情况下，污水中COD 的去除率和UV254的去除率则随着催化剂含量的增加而逐步降低。这主要是由于过量的催化剂会产生大量的悬浮颗粒[6]，导致溶液反应时对光的利用率下降，影响了净化效果。

4 过氧化氢含量对污水净化效果影响

选择MWCNTs 的掺杂率为0.5%，焦化废水的pH值为7.9，催化剂（TiO2/MWCNTs）的添加量为1.0 g/L，反应时间为150 min 的情况下对不同过氧化氢含量对废水的净化效果进行分析。过氧化氢的用量分别为0、0.5、1.0、1.5、2.0 mL/L。不同过氧化氢用量情况下对水中COD 的净化效果如图4-1 所示，对UV254的净化效果如图4-2 所示。

图4 不同过氧化氢含量对污水净化效果分析

由实际测试结果可知，当过氧化氢用量在0～1.5 mL/L 的情况下，污水中COD 的去除率随着过氧化氢含量的增加而变大，最大为52.4%。污水中UV254的去除率随着过氧化氢含量的增加而变大，最大为78.8%。当过氧化氢含量继续增加的情况下，污水中COD 的去除率和UV254的去除率则随着过氧化氢含量的增加而逐步降低。这主要是由于过氧化氢不但是电子的受体，而且还是氢氧根的清除剂[7]，但含量高时过氧化氢和氢氧根反应生成水和氧气，进而降低了在催化反应时的氧化效率，因此影响了对水中污染物的净化效果。

5 结论

针对现有的焦化废水处理方案所存在的净化效果差的不足，提出了一种以TiO2/MWCNTs 复合光催化剂为核心的焦化废水处理方案，对该方案的测试设备、试剂要求及不同工况下对废水中COD 的去除率、UV254的去除率进行了研究。

结果表明，当MWCNTs 掺杂率为0.5%、催化剂（TiO2/MWCNTs）含量为1.0 g/L、双氧水用量为1.50 mL/L时对水中COD 的除去率达到了52.4%，对水中UV254的除去率达到了78.8%。与传统净化处理方案相比，对COD 的去除率增加了11.4%，对UV254的除去率增加了18.8%，极大地提升了焦化废水的处理效果和环保性。