废水臭氧氧化水质条件的优化(附件)
难降解有机废水采用一般的工艺处理后，出水水质无法满足国标的要求，因而采用臭氧氧化法对难降解有机废水进行深度处理。臭氧氧化法具有工艺简单、易于回收处理、较低的水处理成本、高活性等优点。实验研究了废水中甲苯初始浓度、臭氧曝气时间、催化剂（米型陶瓷环和圆孔型陶瓷环）、PH对臭氧氧化对该废水的影响。实验结果表明，臭氧氧化的最佳工艺条件为甲苯浓100mg/L、臭氧曝气时间20min、催化剂使用米型陶瓷环、PH为6.5左右，反应20min后COD由250多降至80左右，而臭氧利用率维持在30%左右。关键词 甲苯，臭氧曝气时间，催化剂，PH
目 录
1 绪论 1
1.1 臭氧催化的机理及发展 1
1.2 臭氧氧化技术 2
1.3 本论文选题依据与意义 3
2 实验部分 4
2.1 废水水质及标准 4
2.2 实验仪器 4
2.3 实验药品 5
2.4 实验装置 6
2.5 实验方法 6
2.5.1 初始甲苯浓度 6
2.5.2 曝气时间 7
2.5.3 催化剂 7
2.5.4 PH 7
2.5.5 曝气方式 7
2.6 测定方法 7
2.6.1 气相中臭氧浓度的测定方法 7
2.6.2 液相中臭氧浓度的测定 8
2.6.3 COD的测定方法 9
3 结果与讨论 10
3.1 PH 10
3.2 甲苯浓度 11
3.3 曝气时间 11
3.4 催化剂 12
3.5 曝气方式 13
结论与展望 15
致 谢 17
参考文献 18
1 绪论
难降解有机物通常是指在自然条件下有机化学物质难于被生物作用发生分解，如有机氯农药、洗涤剂、多氯联苯等化合物、无氮有机物中的脂肪和油类[1,2]。在本次实验中主要研究通过改变水质条件来提高甲苯的去除率，环境中的甲苯主要来自两个方面，一个方面是自然来源，像自然界中的森林火灾、火山爆发、某些植物和原油都能释放甲苯。另一方面是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
人类活动制造的甲苯，同时这也是最大的污染源，汽油、交通以及有机溶剂产生了这些污染物质，当中大部分甲苯直接进入环境空气中，少部分甲苯通过垃圾和石油污染等途径进入到水体和土壤中[3]。
随着化学及相关产业的高速发展，难降解有机物的有机污染废水的种类和数量逐日增多，对生态和人类健康的危害也日益严重，特别实在造纸、医药、化工、农药、和冶金行业等[4]。由于各方面的缘由，采用传统的废水处理技术像物理法、化学法和生化法已经不能满足现在的环保要求，所以探索经济高效的处理技术已经成为重要的研究课题。
1.1 臭氧催化的机理及发展
臭氧是一个偶极分子，不仅可以作为一个亲核的试剂，还可以作为亲电的试剂参与反应，在标态下臭氧的氧化还原电位是2.07V，是一种极强的氧化剂[5,6]。
在水中臭氧与有机物的作用主要有这两种途径：第一种是臭氧的直接氧化作用；第二种是臭氧被分解后产生羟基自由基，间接地与水中有机物作用。
臭氧与水中有机物的直接氧化主要有两种方式：其一是偶极加成反应；其二是亲电取代反应。因为臭氧具有偶极结构，所以臭氧可以与不喊饱和键的有机物进行加成反应。在上述情况中，臭氧是选择性与水中有机物作用，从而破坏不饱和键，导致有机物的极性增加，但对TOC的影响很小[7~9]。
臭氧的间接作用是非选择性的。臭氧会被分解从而产生羟基自由基，羟基自由基具有极强的氧化活性，所以可以和水中有机物反应。
1996年法国Nice建立了第一座以臭氧氧化作为水处理工艺，到现今臭氧氧化技术在水处理应用已经有100多年的历史了。虽然臭氧氧化技术一直有着高效、没有二次污染的优点，但也有着明显的缺点，主要表现在：一，不但操作费用较高，而且臭氧发生器的造价和耗电也很高，并且需要配套的空气净化装置；二，因为臭氧的强氧化性，所以处理装置对材质也有特殊的要求，各种要求提高了臭氧氧化技术的各种费用，臭氧氧化技术能耗高，因而限制了臭氧氧化技术在水处理中的应用；三，臭氧不但具有强氧化性，而且具有极高的选择性，使得臭氧在处理难降解有机物的效果差[10]。
1.2 臭氧氧化技术
臭氧催化氧化处理废水所使用的是臭氧发生器制取的臭氧。因为臭氧是一种不稳定、易分解的强氧化剂，所以要在现场制造使用。臭氧发生器和气水接触设备组成臭氧氧化法水处理的工艺设施主。无声放电法是一种大规模生产臭氧的方法。使用空气或氧气作为原料气来制造臭氧。一定要经过除油、除湿、除尘等一系列净化处理原料气，否则会影响设备的正常使用和臭氧产率。用空气制成臭氧的浓度一般为10～20mg/l；用氧气制成臭氧的浓度一般为20～40mg/l。这种含有1～4%(重量比)臭氧的空气或氧气就是水处理时所使用的臭氧化气[11]。
臭氧发生器产生的臭氧，在待处理水中使用曝气设备扩散臭氧，一般是采用微孔曝器、鼓泡塔或喷射器、涡轮混合器等。想要臭氧的利用率达到90%以上，处理时排出的尾气及剩余臭氧，为了避免污染空气，尾气可用活性炭或者碘化钾溶液吸收，也可用催化燃烧法分解臭氧。
高级氧化技术利用反应中产生的强氧化性的羟基自由基作为主要氧化剂分解水中有机物的方法[12~14]。与传统的水处理技术相比，高级氧化技术具有一下这些特点：
反应过程中会产生大量的羟基自由基，羟基自由基作为反应的中间产物，可诱发后面的链反应，羟基自由基的亲和能为569.3kJmol1，可以将饱和烃中的H提取出来，从而形成有机物的自身氧化，最后使得有机物得以降解；
反应迅速，并且大部分有机物与羟基自由基的反应速率可达106~109L（mols）1；
广泛的适用范围，因为高氧化电位使得羟基自由基将几乎所有的有机物降解为二氧化碳、水和无机盐，直到矿化都不会产生二次污染；
因为是一种物理化学处理方法，只需要温和的反应条件，不需要在强碱或者强酸介质中进行，并且对温度和压力也没有要求，容易控制，甚至可以降解109数量级的污染物质；
不但可以单独处理，而且可以与其他处理过程相匹配；
操作简便还易于设备化管理[1516]。
使用固态金属、金属氧化物或者负载在载体上的金属或者是金属氧化物作为催化剂的催化臭氧化技术称为非均相催化臭氧化。与均相催化臭氧化相比较，非均相催化臭氧化的催化剂有许多有点，如简单的制备工艺、回收处理简单、较低的水处理成本、高活性等。臭氧的催化分解和促进羟基自由基的产生表现了催化剂的活性催化剂及气表面性质、溶液PH决定论臭氧催化过程的效率，因为催化剂表面活性位的性质和溶液中的臭氧分解是由以上因素影响的。催化剂的外型一般可分为球形、短柱形、蜂窝形等形状。好的机械强度及热稳定性是催化剂应该具有的性质，这些性质可以提供有效的比表面积及适宜的孔结构。
目 录
1 绪论 1
1.1 臭氧催化的机理及发展 1
1.2 臭氧氧化技术 2
1.3 本论文选题依据与意义 3
2 实验部分 4
2.1 废水水质及标准 4
2.2 实验仪器 4
2.3 实验药品 5
2.4 实验装置 6
2.5 实验方法 6
2.5.1 初始甲苯浓度 6
2.5.2 曝气时间 7
2.5.3 催化剂 7
2.5.4 PH 7
2.5.5 曝气方式 7
2.6 测定方法 7
2.6.1 气相中臭氧浓度的测定方法 7
2.6.2 液相中臭氧浓度的测定 8
2.6.3 COD的测定方法 9
3 结果与讨论 10
3.1 PH 10
3.2 甲苯浓度 11
3.3 曝气时间 11
3.4 催化剂 12
3.5 曝气方式 13
结论与展望 15
致 谢 17
参考文献 18
1 绪论
难降解有机物通常是指在自然条件下有机化学物质难于被生物作用发生分解，如有机氯农药、洗涤剂、多氯联苯等化合物、无氮有机物中的脂肪和油类[1,2]。在本次实验中主要研究通过改变水质条件来提高甲苯的去除率，环境中的甲苯主要来自两个方面，一个方面是自然来源，像自然界中的森林火灾、火山爆发、某些植物和原油都能释放甲苯。另一方面是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
人类活动制造的甲苯，同时这也是最大的污染源，汽油、交通以及有机溶剂产生了这些污染物质，当中大部分甲苯直接进入环境空气中，少部分甲苯通过垃圾和石油污染等途径进入到水体和土壤中[3]。
随着化学及相关产业的高速发展，难降解有机物的有机污染废水的种类和数量逐日增多，对生态和人类健康的危害也日益严重，特别实在造纸、医药、化工、农药、和冶金行业等[4]。由于各方面的缘由，采用传统的废水处理技术像物理法、化学法和生化法已经不能满足现在的环保要求，所以探索经济高效的处理技术已经成为重要的研究课题。
1.1 臭氧催化的机理及发展
臭氧是一个偶极分子，不仅可以作为一个亲核的试剂，还可以作为亲电的试剂参与反应，在标态下臭氧的氧化还原电位是2.07V，是一种极强的氧化剂[5,6]。
在水中臭氧与有机物的作用主要有这两种途径：第一种是臭氧的直接氧化作用；第二种是臭氧被分解后产生羟基自由基，间接地与水中有机物作用。
臭氧与水中有机物的直接氧化主要有两种方式：其一是偶极加成反应；其二是亲电取代反应。因为臭氧具有偶极结构，所以臭氧可以与不喊饱和键的有机物进行加成反应。在上述情况中，臭氧是选择性与水中有机物作用，从而破坏不饱和键，导致有机物的极性增加，但对TOC的影响很小[7~9]。
臭氧的间接作用是非选择性的。臭氧会被分解从而产生羟基自由基，羟基自由基具有极强的氧化活性，所以可以和水中有机物反应。
1996年法国Nice建立了第一座以臭氧氧化作为水处理工艺，到现今臭氧氧化技术在水处理应用已经有100多年的历史了。虽然臭氧氧化技术一直有着高效、没有二次污染的优点，但也有着明显的缺点，主要表现在：一，不但操作费用较高，而且臭氧发生器的造价和耗电也很高，并且需要配套的空气净化装置；二，因为臭氧的强氧化性，所以处理装置对材质也有特殊的要求，各种要求提高了臭氧氧化技术的各种费用，臭氧氧化技术能耗高，因而限制了臭氧氧化技术在水处理中的应用；三，臭氧不但具有强氧化性，而且具有极高的选择性，使得臭氧在处理难降解有机物的效果差[10]。
1.2 臭氧氧化技术
臭氧催化氧化处理废水所使用的是臭氧发生器制取的臭氧。因为臭氧是一种不稳定、易分解的强氧化剂，所以要在现场制造使用。臭氧发生器和气水接触设备组成臭氧氧化法水处理的工艺设施主。无声放电法是一种大规模生产臭氧的方法。使用空气或氧气作为原料气来制造臭氧。一定要经过除油、除湿、除尘等一系列净化处理原料气，否则会影响设备的正常使用和臭氧产率。用空气制成臭氧的浓度一般为10～20mg/l；用氧气制成臭氧的浓度一般为20～40mg/l。这种含有1～4%(重量比)臭氧的空气或氧气就是水处理时所使用的臭氧化气[11]。
臭氧发生器产生的臭氧，在待处理水中使用曝气设备扩散臭氧，一般是采用微孔曝器、鼓泡塔或喷射器、涡轮混合器等。想要臭氧的利用率达到90%以上，处理时排出的尾气及剩余臭氧，为了避免污染空气，尾气可用活性炭或者碘化钾溶液吸收，也可用催化燃烧法分解臭氧。
高级氧化技术利用反应中产生的强氧化性的羟基自由基作为主要氧化剂分解水中有机物的方法[12~14]。与传统的水处理技术相比，高级氧化技术具有一下这些特点：
反应过程中会产生大量的羟基自由基，羟基自由基作为反应的中间产物，可诱发后面的链反应，羟基自由基的亲和能为569.3kJmol1，可以将饱和烃中的H提取出来，从而形成有机物的自身氧化，最后使得有机物得以降解；
反应迅速，并且大部分有机物与羟基自由基的反应速率可达106~109L（mols）1；
广泛的适用范围，因为高氧化电位使得羟基自由基将几乎所有的有机物降解为二氧化碳、水和无机盐，直到矿化都不会产生二次污染；
因为是一种物理化学处理方法，只需要温和的反应条件，不需要在强碱或者强酸介质中进行，并且对温度和压力也没有要求，容易控制，甚至可以降解109数量级的污染物质；
不但可以单独处理，而且可以与其他处理过程相匹配；
操作简便还易于设备化管理[1516]。
使用固态金属、金属氧化物或者负载在载体上的金属或者是金属氧化物作为催化剂的催化臭氧化技术称为非均相催化臭氧化。与均相催化臭氧化相比较，非均相催化臭氧化的催化剂有许多有点，如简单的制备工艺、回收处理简单、较低的水处理成本、高活性等。臭氧的催化分解和促进羟基自由基的产生表现了催化剂的活性催化剂及气表面性质、溶液PH决定论臭氧催化过程的效率，因为催化剂表面活性位的性质和溶液中的臭氧分解是由以上因素影响的。催化剂的外型一般可分为球形、短柱形、蜂窝形等形状。好的机械强度及热稳定性是催化剂应该具有的性质，这些性质可以提供有效的比表面积及适宜的孔结构。
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