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微气泡O3/H2O2深度处理某树脂厂二级出水效果与机制

陈洋 倪鹏飞 吴春笃 张波 征晓勇

陈洋,倪鹏飞,吴春笃,等.微气泡O3/H2O2深度处理某树脂厂二级出水效果与机制[J].环境工程技术学报,2024,14(4):1158-1166 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20240201
引用本文: 陈洋,倪鹏飞,吴春笃,等.微气泡O3/H2O2深度处理某树脂厂二级出水效果与机制[J].环境工程技术学报,2024,14(4):1158-1166 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20240201
CHEN Y,NI P F,WU C D,et al.Efficiency and mechanism of microbubble O3/H2O2 advanced treatment of secondary effluent from a resin factory[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2024,14(4):1158-1166 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20240201
Citation: CHEN Y,NI P F,WU C D,et al.Efficiency and mechanism of microbubble O3/H2O2 advanced treatment of secondary effluent from a resin factory[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2024,14(4):1158-1166 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20240201

微气泡O3/H2O2深度处理某树脂厂二级出水效果与机制

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20240201
基金项目: 常州市应用基础研究计划项目(CJ20220025)
详细信息
    作者简介:

    陈洋(1999—),男,硕士研究生,主要从事臭氧催化氧化研究,3024836114@qq.com

    通讯作者:

    张波(1975—),男,副教授,主要从事水污染控制技术及装备、高级氧化技术等方面的研究,tabol@126.com

  • 中图分类号: X703

Efficiency and mechanism of microbubble O3/H2O2 advanced treatment of secondary effluent from a resin factory

  • 摘要:

    针对传统生物降解对树脂废水中苯系物、聚乙烯醇等大分子有机物降解效果不好、达不到排放标准的问题,构建微气泡O3/H2O2体系,对某树脂厂二级出水进行深度处理。对比了微气泡O3曝气与普通O3曝气的化学需氧量(COD)降解效果,考察了进气O3浓度、H2O2浓度、初始pH对微气泡O3/H2O2体系降解COD效果的影响,通过总有机碳验证体系的矿化效果,通过电子顺磁共振谱仪(EPR)检测微气泡O3/H2O2体系中的活性物质,最后通过气相色谱质谱联用仪(GC-MS)分析降解前后废水中主要有机物的种类,并对微气泡O3/H2O2体系降解COD的机制与路径进行分析。结果表明:1)微气泡O3/H2O2体系中微气泡粒径主要分布在10~50 μm,平均粒径为32.82 μm;与普通O3曝气方式进行对比,微气泡O3体系对COD降解率更高,说明微气泡可以延长O3气泡上升时间,增加O3气泡比表面积,提高O3传质系数和利用率。2)微气泡O3/H2O2体系降解COD,当O3浓度为60 mg/L、H2O2浓度为29.37 mmol/L、pH为7时,反应60 min后,微气泡O3/H2O2体系对树脂厂二级出水的COD降解率为89.53%,处理后出水COD为15.05 mg/L,可达到GB 31572—2015《合成树脂工业污染物排放标准》。3)EPR试验表明,H2O2可以促进微气泡O3体系产生更多的超氧自由基($\cdot{\mathrm{O}}_2^- $)和羟基自由基(·OH),从而提高体系的氧化能力和对COD的降解效果。根据GC-MS结果推断O3/H2O2体系降解COD的可能路径,即树脂厂二级出水以长链烷烃和环烷烃类为主的大分子物质在O3的作用下断链、开环,在·OH等自由基的作用下矿化或降解为以小分子有机酸为主的小分子物质。

     

  • 图  1  微气泡O3协同H2O2高级氧化试验装置

    Figure  1.  Experimental device for synergistic advanced oxidation of microbubble ozone and hydrogen peroxide

    图  2  显微镜下微纳米气泡观测图及尺寸分布

    Figure  2.  Observation diagram of micro-nano bubbles under microscope and size distribution of micro-nano bubbles

    图  3  微气泡O3与常规曝气O3对COD的降解效果以及O3投加量/COD去除量的影响

    注:折线表示降解率,柱状表示O3投加量/COD去除量。

    Figure  3.  Effects of microbubble O3 and conventional aeration O3 on COD removal and the ratio of O3 dosage /COD removal

    图  4  O3进气浓度对微气泡O3/H2O2体系降解COD的影响

    Figure  4.  Effect of O3 intake concentration on COD degradation in O3/H2O2 microbubble system

    图  5  H2O2浓度对微气泡O3/H2O2体系降解COD的影响

    Figure  5.  Influence of H2O2 concentration on COD degradation in O3/H2O2 microbubble system

    图  6  溶液初始pH对微气泡O3/H2O2体系降解COD的影响

    Figure  6.  Effect of initial pH value of solution on COD degradation in O3/H2O2 microbubble system

    图  7  微气泡O3/H2O2体系中TOC随反应时间变化

    Figure  7.  TOC changes with reaction time in microbubble O3/H2O2 system.

    图  8  微气泡O3和微气泡O3/H2O2体系的EPR结果

    Figure  8.  EPR results of microbubble O3 and microbubble O3/H2O2 system

    表  1  树脂厂二级废水降解前后各物质成分和相对含量

    Table  1.   Composition and relative content of each substance in the secondary wastewater from resin plant before and after degradation

    原水 反应10 min后溶液 反应60 min后溶液
    主要成分 相对含量/% 主要成分 相对含量/% 主要成分 相对含量/%
    异丙基环丁烷 25.27 庚酸 29.36 十五烷酸 29.22
    二十一烷 8.76 十四烷酸 7.36 十四烷酸 21.84
    3,7-二甲基壬烷 6.63 苯甲酸 4.09 十六烷酸 13.41
    十四烷 4.52 十二烷酸 3.15 壬基环丙烷 8.55
    2-甲基十七烷 3.52 2-十五烷醇 2.75 9-十六碳烯酸 5.07
    2-甲基十八烷 3.06 丙二醇甲醚醋酸酯 2.67 8-甲基-9-十四烯酸 2.09
    二十烷 2.41 丙醇 2.33 三甲基硅烷醇 1.13
    十七烷 2.23 十三烷酸 1.41 2,9-二甲基十一烷 1.05
    10-甲基十九烷 2.21 2-十二醇 1.84 十五烷酸 0.88
    2-甲基十八烷 1.30 2-十四醇 1.83 2,6,10-三甲基十二烷 0.50
    二十五烷 0.97 2-丁氧基乙醇 1.02 丁酸 0.23
    2-甲基二十六烷 0.86 丙酮 0.93 十二烷酸 0.10
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  • 收稿日期:  2024-03-31

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