碱激活PMS氧化法协同SBBR深度处理焦化废水研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0544

摘要/Abstract

摘要：

采用碱激活过一硫酸盐（PMS）氧化法协同序批式生物膜反应器（SBBR）工艺深度处理焦化废水，研究当以NaOH作为激活剂时，pH、PMS浓度和温度对碱/PMS体系去除焦化废水生化出水COD和色度的影响，之后考察SBBR工艺处理碱/PMS体系出水的效果。研究结果表明，碱/PMS体系深度处理焦化废水的最佳条件为温度25 ℃、pH=10、PMS投加浓度7 mmol/L、反应时间4 h，在此条件下色度和COD的去除率分别为96.1%和45.9%。电子顺磁共振实验表明碱/PMS体系存在¹O₂、O₂ ^•-、∙OH和SO₄ ^•-等活性氧物种。废水经碱/PMS体系处理后可生化性提高，之后经SBBR工艺进一步处理后出水COD<60 mg/L。总体而言，碱激活PMS氧化法协同SBBR工艺对COD的平均去除率达66.7%。焦化废水生化出水处理前后的三维荧光光谱分析表明，碱/PMS体系协同SBBR工艺能去除焦化废水生化出水中的芳香蛋白类物质和类腐殖酸物质。

关键词: 碱, 过一硫酸盐, 焦化废水生化出水, 序批式生物膜反应器, 高级氧化

Abstract:

The advanced treatment of bio-treated coking wastewater was carried out using peroxymonosulfate(PMS)oxidation activated by base combined with sequencing biofilm batch reactor(SBBR). The effects of pH, PMS concentration, and temperature on the removal of COD and chroma of bio-treated coking wastewater were investigated by base/PMS system with sodium hydroxide as activater. The optimal conditions were temperature of 25 ℃, pH of 10, PMS concentration of 7 mmol/L, reaction time of 4 h. Under this condition,the removal rates of COD and chroma were 45.9% and 96.1%,respectively. EPR analyse indicated that ¹O₂, O₂ ^·-, ∙OH and SO₄ ^·- existed in the base/PMS system. After base/PMS system,the biodegradabality of waste water improved. The COD of effluent after SBBR treatment was less than 60 mg/L. The average removal rate of COD reached 66.7% with PMS oxidation activated by base combined with sequencing biofilm batch reactor. The three-dimensional fluorescence spectrum showed that the base/PMS system combined with SBBR could remove aromatic-like protein substances and humic-like acids.

Key words: base, peroxymonosulfate, bio-treated coking wastewater, sequencing biofilm batch reactor, advanced treatment

中图分类号:

X703.1

张玉红, 张盾超, 宋秀兰, 何娜. 碱激活PMS氧化法协同SBBR深度处理焦化废水研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(6): 94-100.

Yuhong ZHANG, Dunchao ZHANG, Xiulan SONG, Na HE. Advanced treatment of coking wastewater with peroxymonosulfate oxidation activated by base combined with SBBR[J]. Industrial Water Treatment, 2024, 44(6): 94-100.

https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I6/94

图/表 9

表1 焦化废水生化出水水质

Table 1 Quality of biochemical effluent of coking wastewater

COD/（mg·L^-1）

色度/倍

UV₂₅₄/cm^-1

TOC/（mg·L^-1）

NH₃-N/

（mg·L^-1）

Cl^-/

（mg·L^-1）

图1 不同体系处理焦化废水生化出水的效果

Fig.1 Effects of different systems on the treatment of biochemical effluent of coking wastewater

图2 pH对色度和COD去除效果的影响

Fig.2 Influence of pH on chroma and COD removal effects

图3 PMS浓度对色度和COD去除效果的影响 removal effects

Fig.3 Influence of PMS concentration on chroma and COD

图4 温度对色度和COD去除效果的影响

Fig.4 Influence of temperature on chroma and COD removal effects

图5 最佳条件下EPR 谱图

Fig.5 EPR spectra under optimal conditions

图6 SBBR反应器对COD和氨氮的去除效果 SBBR reactor

Fig.6 Removal effects of COD and ammonia nitrogen in

图7 废水三维荧光光谱图

Fig.7 EEM spectra of wastewater

表2 三维荧光光谱中荧光峰的位置及荧光强度

Table 2 Position and intensity of fluorescence peak in EEM spectra

水样	峰Ⅰ		峰Ⅱ		峰Ⅲ		峰Ⅳ
水样	Ex/Em	强度	Ex/Em	强度	Ex/Em	强度	Ex/Em	强度
焦化废水生化出水	225/350	532	255/448	453	310/400	635
碱/PMS体系2 h出水	225/350	350	255/448	216	310/400	332
碱/PMS体系4 h出水					310/400	106	240/400	156
SBBR出水							240/400	69

参考文献 14

1	QI Chengdu， LIU Xitao， MA Jun，et al. Activation of peroxymonosulfate by base：Implications for the degradation of organic pollutants［J］. Chemosphere，2016，151：280-288. doi:10.1016/j.chemosphere.2016.02.089
2	JI Fei， LI Chaolin， WEI Xiyu. Efficient performance of porous Fe₂O₃ in heterogeneous activation of peroxymonosulfate for decolorization of Rhodamine B［J］. Chemical Engineering Journal，2013：434-440. doi:10.1016/j.cej.2013.07.053
3	WANG Songlin， XU Wenxin， WU Junfeng，et al. Improved sulfamethoxazole degradation by the addition of MoS₂ into the Fe²⁺/peroxymonosulfate process［J］. Separation and Purification Technology，2020，235：116170. doi:10.1016/j.seppur.2019.116170
4	ULUCAN-ALTUNTAS K， YAZICI GUVENC S， CAN-GÜVEN E，et al. Degradation of oxytetracycline in aqueous solution by heat-activated peroxydisulfate and peroxymonosulfate oxidation［J］. Environmental Science and Pollution Research，2022，29（6）：9110-9123. doi:10.1007/s11356-021-16157-7
5	CUI Changzheng， JIN Lei， JIANG Lei，et al. Removal of trace level amounts of twelve sulfonamides from drinking water by UV-activated peroxymonosulfate［J］. The Science of the Total Environment，2016，572：244-251. doi:10.1016/j.scitotenv.2016.07.183
6	国家环保总局《水和废水监测分析方法》编委会. 水和废水监测分析方法［M］. 4版. 北京：中国环境科学出版社，2002：200-284.
7	KOLTHOFF I M， MILLER I K. The chemistry of persulfate. I. the kinetics and mechanism of the decomposition of the persulfate ion in aqueous medium［J］. Journal of the American Chemical Society，1951，73（7）：3055-3059. doi:10.1021/ja01151a024
8	WANG Zhaohui， YUAN Ruixia， GUO Yaoguang，et al. Effects of chloride ions on bleaching of azo dyes by Co²⁺/oxone reagent：Kinetic analysis［J］. Journal of Hazardous Materials，2011，190（1/2/3）：1083-1087. doi:10.1016/j.jhazmat.2011.04.016
9	葛勇建，蔡显威，林翰，等. 碱活化过一硫酸盐降解水中环丙沙星［J］. 环境科学，2017，38（12）：5116-5123.
	GE Yongjian， CAI Xianwei， LIN Han，et al. Base activation of peroxymonosulfate for the degradation of ciprofloxacin in water［J］. Environmental Science，2017，38（12）：5116-5123.
10	MARCHESI M， THOMSON N R， ARAVENA R，et al. Carbon isotope fractionation of 1，1，1-trichloroethane during base-catalyzed persulfate treatment［J］. Journal of Hazardous Materials，2013，260：61-66. doi:10.1016/j.jhazmat.2013.05.011
11	ZHAO Yan， ZHAO Yongsheng， ZHOU Rui，et al. Insights into the degradation of 2，4-dichlorophenol in aqueous solution by α-MnO₂ nanowire activated persulfate：Catalytic performance and kinetic modeling［J］. RSC Advances，2016，6（42）：35441-35448. doi:10.1039/c6ra00008h
12	吴晨炜，王震，代海波，等. 过硫酸盐高级氧化技术在工业废水处理中的应用［J］. 四川化工，2018，21（5）：50-53. doi:10.3969/j.issn.1672-4887.2018.05.015
	WU Chenwei， WANG Zhen， DAI Haibo，et al. Application of persulfate advanced oxidation technology in industrial wastewater treatment［J］. Sichuan Chemical Industry，2018，21（5）：50-53. doi:10.3969/j.issn.1672-4887.2018.05.015
13	CHEN Wen， WESTERHOFF P， LEENHEER J A，et al. Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter［J］. Environmental Science & Technology，2003，37（24）：5701-5710. doi:10.1021/es034354c
14	YANG Wenlan， LI Xuchun， PAN Bingcai，et al. Effective removal of effluent organic matter（EfOM） from bio-treated coking wastewater by a recyclable aminated hyper-cross-linked polymer［J］. Water Research，2013，47（13）：4730-4738. doi:10.1016/j.watres.2013.05.032

[1]	张强, 彭宇华, 张静, 马军. 碱性水热法高效降解全氟/多氟烷基化合物[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 1-9.
[2]	钟全发, 钟琳, 徐国徽, 金青海, 余瑾, 徐飞, 何頔. 垃圾渗滤液膜浓缩液全量化处理中溶解性有机物分子水平转化特征[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 109-117.
[3]	张拔群, 罗仙平, 唐学昆, 吴尧尧, 余嗣昊, 熊瑜婷. 天然矿物纤维水镁石活化过一硫酸盐降解亚甲基蓝[J]. 工业水处理, 2025, 45(2): 85-95.
[4]	郑国庆, 黄煜坤, 韩要丛, 薛兴勇, 卢彦越, 蓝丽红, 陈贞南. 锰渣活化过一硫酸盐降解罗丹明B[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 79-86.
[5]	倪宽, 山晓莉, 戚栋, 李强, 张文军. 商混站污水的双铝电极电絮凝研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 123-130.
[6]	王志强. 某电路板企业生产废水处理与回用工程实例及分析[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 205-210.
[7]	贾仲琪, 卫金秋, 宿辉, 刘宪斌. 纳米零价铁耦合高级氧化技术处理废水的研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(7): 9-18.
[8]	谭斌, 郝慧茹, 向宇桐, 刘宇宁, 张倩. 基于BC-BiOI/PMS的光催化体系降解恩诺沙星的研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(6): 143-150.
[9]	傅翔宇, 李亚峰. 三维电极电Fenton处理阿奇霉素制药废水研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(6): 158-164.
[10]	商伟伟, 杨焱, 沈芸, 赵世荣, 薛罡, 钱雅洁. 高铁酸盐耦合过氧乙酸深度处理水中甲硝唑的特性研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(5): 111-119.
[11]	金鑫, 赵清, 丁璠, 毛珊珊, 高芒来. 双子羧酸型甜菜碱改性黏土对染料的吸附性能研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(5): 120-131.
[12]	刘臻, 刘浪, 郑鹏, 刘荣, 袁绍春, 李聪, 陈垚. 电化学高级氧化技术再生活性炭研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(5): 42-51.
[13]	李曼, 祁丽, 彭静波. 基于天然黄铁矿的类Fenton体系处理焦化废水生化出水的研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(3): 81-88.
[14]	李天羽, 张峰, 杨艳青, 窦哲华, 崔建国. 基于亚硫酸盐活化体系的Cr（Ⅵ）和罗丹明B同步去除[J]. 工业水处理, 2024, 44(2): 157-165.
[15]	王钧, 付双, 侯鹏, 刘军, 孙春雪, 张洪光. S型TiO₂/CoPc异质结的构筑及光催化降解四环素的研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(12): 118-122.

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