臭氧催化氧化技术：电镀工业废水处理的优势与最佳处置条件研讨

臭氧催化氧化技术：电镀工业废水处理的优势与最佳处置条件研讨

臭氧催化氧化技术对多种废水都有良好的处理效果，如制药废水、化工废水、印染废水等。将臭氧技术用于电镀工业废水的处理有三大优点：第一，臭氧氧化能力强，能与有机物发生反应，达到断络合物的目的；第二，电镀废水中所含的重金属（如废渣、铜、锌等）是臭氧化反应的催化剂，可以提高臭氧化的处理效果；第三，臭氧化过程中不需要添加其它药剂，所以产生的污泥量很少。为此，本文将臭氧技术用于处理化学电镀废水，并对其最佳处理条件进行研究。

1.实验

1.1 水样来源及特征

实验所用废水样取自化学电镀废水生产车间，废水呈蓝绿色，废水水质指标见表1。

1.2 实验试剂

实验中所用试剂均为分析纯，实验所用水为去离子水。

1.3 实验设备与方法

臭氧处理技​​术工艺流程如图1所示。臭氧反应器为直径50mm、高约的圆柱体，有效容积为2L。钛质曝气头位于反应器底部，尾气通过臭氧合成器。首先用蠕动泵将废水泵入反应器；然后开启氧气瓶和臭氧发生器，将含臭氧气体以稳定的流速输入反应器；反应过程中，记录压力表、流量计、pH计、ORP计等仪表数据，测量进出反应器的气相臭氧浓度；反应完成后，取水样，加入NaOH溶液（质量分数为10%）调节水样pH值至11.0，加入絮凝剂PAM。经沉淀过滤后，取上清液分析废水水质。

2.结果与讨论

2.1 正交试验

以出水中残余镍的质量浓度为指标，以通气流量、臭氧发生器电流、废水初始pH值、反应时间为因素，进行L9（34）正交试验。采用极差分析法对正交试验结果进行分析，废水初始pH值极差最大，为其主要影响因素；臭氧发生器电流极差最小，为其次要影响因素。各因素影响大小顺序为废水初始pH值>通气流量>反应时间>臭氧发生器电流。最优水平为：通气流量4L/min、臭氧发生器电流0.20A、废水初始pH值11.0、反应时间4h。

图2为正交试验效果曲线，由图2可以看出废水初始pH值影响最大，且随着废水初始pH值的升高，出水中残余镍的质量浓度急剧下降。其次是通气流量，但当通气流量增大到一定程度时，镍的去除率并没有明显提高。

2.2 单因素试验

2.2.1废水初始pH对处理效果的影响

在通气流量为4L/min、臭氧发生器电流为0.20A的条件下，研究废水初始pH值对处理效果的影响，结果如图3所示。

如图3(a)所示，随着废水初始pH值的升高，出水中残留镍的质量浓度明显降低；但当废水初始pH值超过10.5后，出水中残留镍的质量浓度趋于稳定。

如图3(E)所示，随着废水初始pH值的增加，臭氧传输效率明显增加；但当废水初始pH值超过10.5后，臭氧传输效率趋于稳定。

当废水初始pH值为11.0、反应时间为60 min时,出水中残留质量浓度为1.70 mg/L,臭氧转移效率为79.7%,臭氧投加量为1.99 g/L。

2.2.2 通气流量对治疗效果的影响

在废水初始pH值为11.0、臭氧发生器电流为0.20A的条件下，研究了通气流量对处理效果的影响，结果如图4所示。

如图4（a）所示，随着通气流量的增加，出水中残余废物的质量浓度呈急剧下降趋势；但当通气流量超过3L/min后，出水中残余废物的质量浓度趋于稳定。

如图4（b）所示，随着通风流量的增加，臭氧传输效率呈现出明显的下降趋势。

当通气流量为3L/min、反应时间为60min时,出水中残留质量浓度为1.96mg/L,臭氧转移效率为86.3%,臭氧投加量为1.57g/L。

2.2.3臭氧发生器电流对处理效果的影响

在废水初始pH值为11.0、通气流量为3L/min、反应时间为60min的条件下，研究了臭氧发生器电流对处理效果的影响，结果如图5所示。

如图5(a)所示，随着臭氧发生器电流的增加，出水中残留氧的质量浓度首先出现明显的下降趋势；当臭氧发生器电流大于0.20A后，出水中残留氧的质量浓度趋于稳定。

如图5（b）所示，随着臭氧发生器电流的增加，臭氧传输效率急剧下降。

随着臭氧发生器电流的增大，出水絮凝沉淀的沉淀效果逐渐提高，当臭氧发生器电流为0.25A时，出水絮凝沉淀的沉淀效果良好，此时出水中残留物的质量浓度为1.56mg/L，臭氧转移效率为79.8%，臭氧投加量为2.18g/L。

2.2.4 起效时间对治疗效果的影响

在废水初始pH值为11.0、通气流量为3 L/min、臭氧发生器电流为0.25 A的条件下，研究响应时间对处理效果的影响，结果如图6所示。

如图6（a）所示，随着反应时间的增加，出水中残余废物的质量浓度首先出现明显下降趋势；当反应时间超过45 min后，出水中残余废物的质量浓度趋于稳定；当反应时间为60 min时，污泥沉降性能良好，上清液清澈透明。

如图6(b)所示，随着反应时间的延长，臭氧转移效率先缓慢增加而后急剧下降；当反应时间为45 min时，臭氧转移效率最高，为89.19%。

如图6(c)所示，在反应过程中，废水的pH值不断下降，但反应结束后，废水的pH值趋于稳定；另外，随着反应时间的延长，ORP不断上升，但当反应时间超过一定时间后，ORP趋于稳定。

从图（d）中可以看出，当反应时间为60min时，污泥中废弃物的含量为9.8%；当反应时间为时，污泥中稀释物的含量为20.2%。

当废水初始pH值为11.0、通气流量为3L/min、臭氧发生器电流为0.25A、反应时间为60min时，出水中残留质量浓度为0.63mg/L，臭氧转移效率为83.3%，臭氧投加量为2.17g/L。

2.2.5初始废水质量浓度对处理效果的影响

在废水初始pH值为11、通气流量为3L/min、臭氧发生器电流为0.25A的条件下，研究了初始废水质量浓度对处理效果的影响，结果如图7所示。

从图7可以看出：当废水中初始镍的质量浓度为494.0 mg/L、138.0 mg/L、74.2 mg/L时，出水中残余镍的质量浓度降至稳定值所需的反应时间分别为60 min、60 min、25 min，此时残余镍的质量浓度分别为11.50 mg/L、0.63 mg/L、3.18 mg/L。

2.3 臭氧化对COD、氨氮、总氮、总磷的去除效果

在初始废水pH为11.0、通气流量为3L/min、臭氧发生器电流为0.25A、反应时间60min的条件下进行臭氧处理，主要污染物指标的去除效果见表2。

从表2中可以看出，臭氧处理对COD、氨氮、总氮、总磷的去除效果普遍不足以达到排放标准的要求，需要将其他工序分开。

2.4 臭氧与离子交换树脂的分离

经臭氧技术处理后的化学镀镍废水出水中残余镍的质量浓度不能满足《电镀污染物排放标准》（-2008）中表3的要求。为此，采用臭氧-离子交换树脂组合技术处理化学镀镍废水。臭氧技术实验条件为：通气流量3L/min，臭氧发生器电流0.25A，废水初始pH值11.0，反应时间60min。离子交换树脂出水中残余镍的质量浓度为0.013~0.099mg/L，满足排放标准要求。

3. 结论

（1）臭氧用于处理化学电镀废水时，处理效果受废水初始pH值、反应时间等因素影响。其中废水初始pH值影响最大，是主要影响因素。影响因素顺序为废水初始pH值>通气流量>反应时间>臭氧发生器电流。

（2）臭氧处理能有效降低化学电镀废水中残留废弃物的质量浓度，当废水初始pH值为11.0、通气流量为3L/min、臭氧发生器电流为0.25A、反应时间为60min时，出水中残留废弃物的质量浓度为0.63mg/L，臭氧转移效率为83.3%，臭氧投加量为2.17g/L。

（3）化学电镀废水经臭氧处理后再经过离子交换树脂后，出水中残留废物的质量浓度小于0.1mg/L，满足《电镀污染物排放标准》（-2008）中表3的要求。