橡胶促进剂M生产过程中会产生大量废水，COD高、成分复杂、难以生物降解，生化处理法的效果不好〔4〕。化学氧化法是处理此类难生物降解废水的有效技术。笔者采用二级转子异形折流板超重力设备，在O3/H2O2条件下氧化处理橡胶促进剂M生产废水，考察其对M生产废水的处理效果。
1 材料与方法
1.1 试剂与仪器
实验用废水为橡胶促进剂M生产废水，CODCr为2 200 mg/L，pH为7。过氧化氢(质量浓度30%)、浓硫酸、氢氧化钠、碘化钾、淀粉、硫代硫酸钠、甲醇均为分析纯。用去离子水配制溶液。用COD快速测定仪(北京连华永兴科技发展有限公司)测定COD。
WH-H-Y50D臭氧发生器，南京沃环科技实业有限公司，产生臭氧质量浓度为0.18 g/L。二级转子异形折流板超重力设备的内部结构为316L不锈钢，折流板高度200 mm，转子内径300 mm，外径450 mm，轴向高度600 mm。
1.2 实验方法
实验工艺流程如图1所示。过氧化氢按浓度需求提前加入废水混合均匀。废水经原料泵通入反应器内部，经中央布水器喷洒至异形折流板，在离心力作用下液体径向移动并与臭氧接触，出水在一级反应器结束后进入二级反应器与臭氧二次接触，最终从反应器底部回流至储液罐，多余的臭氧经尾气收集由硫代硫酸钠溶液吸收。
图1
臭氧发生器产生的臭氧流速为4.5 L/min，反应温度为15 ℃，每次实验废水量均为25 L。在以上条件下，考察不同反应体系、反应时间、转子旋转速度、过氧化氢浓度、初始pH、气液比(体积比)对橡胶促进剂M废水处理效果的影响。
2 结果与讨论
2.1 不同反应体系的处理效果
在初始pH为7、H2O2浓度为50 mmol/L、废水流量200 L/h、转速1 400 r/min、反应时间为10 min条件下，考察臭氧鼓泡(STR-O3)、臭氧过氧化氢鼓泡(STR-O3+H2O2)、RB2-O3、RB2-O3+H2O2反应体系对M废水COD的处理效果，结果见表1。
由表1可见，STR-O3体系对M废水的COD去除率仅有21.6%。O3在水中的溶解度较低，能够利用的O3较少，产生的·OH较少〔5〕。此外，尽管O3有较高的氧化还原电位(2.08 V)，但M生产废水成分复杂，可能存在耐臭氧氧化的组分〔6〕，因此在STR-O3反应体系中，M生产废水的COD去除率较低。在STR-O3体系中引入H2O2后，COD去除率提高到47.5%。这是因为随着H2O2的加入，其与O3反应生成关键中间体HO2-，提高了·OH产量〔7〕。使用超重力技术后，RB2-O3和RB2-O3+H2O2体系对M生产废水COD的去除率分别达到56.15%、83.15%。在超重力体系中，液体在高速旋转外力作用下被切割成为极小的液滴或液膜，加强了气液之间的传质作用，提高了O3与废水的传质速率，从而提高液相中O3的含量，加快氧化过程〔8〕。
2.2 反应时间的影响
为节约成本，减少多余臭氧生产，研究了反应时间对RB2-O3+H2O2体系中M生产废水COD及去除率的影响，以确定最佳反应时间。在初始pH为7、转速为1 400 r/min、H2O2浓度为50 mmol/L、废水流量为200 L/h的条件下进行实验，结果如表2所示。
表2 反应时间对M生产废水COD去除率的影响
| 时间/min | COD/(mg·L-1) | COD去除率/% |
| 0 | 1 818.2 | — |
| 5 | 1 018.1 | 56.25 |
| 10 | 306.3 | 83.15 |
| 20 | 310.6 | 85.06 |
2.3 转子转速的影响
超重力设备的重力场由转子高速旋转的离心力产生，其大小与转子的旋转速度成正比。在初始pH为7、H2O2浓度为50 mmol/L、废水流量为200 L/h、反应时间为10 min的条件下，改变转子转速考察其在RB2-O3+H2O2体系中对M生产废水处理效果的影响，结果如表3所示。
由表3可见，随着转速由800 r/min增至1 400 r/min，COD去除率相应地从61.21%增加至83.15%。由于转速提高，反应器内产生的旋转加速度得到提高，废水在反应器内被剪切为微元液滴，臭氧与废水之间的传质效果增强，溶解在废水中的臭氧浓度增高，从而提高了废水的COD去除率。
2.4 过氧化氢浓度的影响
H2O2是RB2-O3+H2O2体系中·OH的主要来源，其浓度起到重要作用。在初始pH为7、转速为1 400 r/min、废水流量为200 L/h、反应时间为10 min的条件下，测定H2O2浓度对M生产废水COD去除率的影响，结果如表4所示。
由表4可以看出，随着H2O2浓度的增加，COD去除率呈现先增高后降低的趋势。H2O2浓度为50 mmol/L时COD去除率达到最大，为83.15%。H2O2过量时会与污染物争夺·OH，降低·OH浓度，从而抑制COD的去除。因此，在RB2-O3+H2O2体系中选择H2O2浓度为50 mmol/L。
2.5 初始pH的影响
2.6 气液比的影响
在初始pH为7、转速为1 400 r/min、H2O2浓度为50 mmol/L、反应时间为10 min的条件下，考察RB2-O3+H2O2体系中M生产废水COD去除率与反应体系气液比(体积比)之间的关系，结果见表6。
3 结论
(1)通过对比研究发现超重力技术强化了气液之间的传质，与STR-O3+H2O2体系相比，RB2/O3+H2O2体系对M生产废水的COD去除率提高了35.65%。
(2)采用RB2/O3+H2O2体系降解橡胶促进剂M生产废水，在反应时间为10 min、转速为1 400 r/min，H2O2浓度为50 mmol/L、初始pH为9、气液比为0.9的条件下，M生产废水的COD去除率最高，达到90.66%。
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津公网安备 12010602120337号
