我国油田每年有大量的含油污水外排,目前使用的污水处理技术不能有效地处理此类污水,开发适合我国油田污水处理新技术具有重要意义[1]。COD(ChemicalOxygenDemands)即化学需氧量,是指在一定的条件下,用强氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量,以氧的毫克/升来表示,COD反映了水中受还原性物质污染的程度。石油污水处理中使COD达标排放一直是环境治理的一大难题。本文研究了超声、纳米TiO2光催化单独处理及联合处理石油污水COD的效果,发现联合处理石油污水时降解效果明显。两种方法联合使用,实现了石油污水的深度降解、达标排放的目的。为常温下有效降解石油污水中COD提供了新方法,探索了新途径。
纳米TiO2光催化及超声作用机理[2]
水中有机物的光化学分解是利用半导体光催化氧化作用分解有机污染物。半导体光催化反应机理是能量大于禁带宽度的光照射到半导体催化剂上时,其满带上的电子被激发,越过禁带进入导带,同时在满带上产生相应的空穴。若半导体处于溶液中,则在电场的作用下电子与空穴分离并移到离子表面的不同位置。光生空穴有很强的得电子能力,可夺取半导体颗粒表面的有机物或溶剂中的电子,使原来不吸收入射光的有机物被活化氧化,而电子受体则通过接受表面上的电子而被还原。不但光稳定性好,反应活性也很大,所以在光催化剂去除有机污染物的研究中,一般均采用作为催化剂。为了使催化反应能顺利进行,在以颗粒为催化剂的体系中鼓入空气,空气中的氧气将电子捕获。为了有效利用催化剂的光照表面积,应使用小颗粒的TiO,但在水处理后要除去加入的TiO2颗粒。超声波在有机污染废水处理中的作用原理,源于超声的空化效应在废水处理中产生以下3种作用:在液相声化学反应过程中,超声在水中传播时,由空化效应形成的特殊条件足以使水中的OH键断裂形成自由基,并进而形成游离氧及H2O2。溶于水中的有机物与声化作用产生的自由基和H2O2进行反应,从而使有机污染物被直接分解或氧化降解。声场在媒质中产生机械扰动,产生压力、张力、切应力、压缩等物理现象,从而强化过程的动量传递、热量传递及质量传递的速率,提高和改善废水处理过程的速率和效果。利用超声的空化效应,在气泡崩溃时产生的强烈的冲击波和高速射流能破坏固—液、液—液及气—液界面上的滞离层,使电极及催化剂表面更新为多相系统有效混合、分散或凝聚。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
纳米TiO2和超声联合处理
通过优化试验,实验时加入14g实验制备的纳米TiO2,取电流0.3A、电压42V,采取间歇作用方式,作用65min后取样测定。降解后的COD为122.4mg/L,基本达到了排放标准,降解率为46.8%,比纳米TiO2光催化单独作用增加了15%。在以TiO2为催化剂的光催化处理过程中,TiO2微小颗粒的分散以及处理结束后TiO2的回收是该过程工业化的难题。采用超声波的分散效应,可使TiO2均匀分散,以有利于提高其催化活性,在TiO2的回收处理中,改变操作条件,可使TiO2尽快凝聚沉降。光催化法处理有机污染物是一种有效的方法,结合超声辐射,利用声的表面清洗、颗粒分散及强化传质效应,可大大增加反应效率。超声与紫外光加催化氧化法联合使用能降解石油污水中的COD,使其达到排放标准。
结论
(1)超声和纳米光催化都能有效降解石油污水的COD,但单独作用时,不能深度降解石油污水中的COD。
(2)超声和纳米光催化联合作用能深度降解石油污水的COD,降解率达到46.8%,降解后达到了排放标准。