超声波处理焦化废水影响因素

　　焦化废水是在焦炭炼制、煤气净化及化工产品回收过程中产生的废水,一般由氨氮(NH+4-N)、氰化物、硫化物、酚类化合物、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环有机化合物等组成,总体性质表现为有机物、氨氮浓度高,生化降解难[1],是最难以处理的一种工业废水,我国大多数企业的焦化废水不能达标排放或回用.超声技术降解水中的污染物,尤其是难降解的有机污染物是近几年来发展起来的新型水处理技术[2-3].当一定强度的超声波通过废水时发生超声空化现象,产生瞬时高温高压,形成“热点”.污染物在“热点0发生自由基氧化、超临界水氧化及高温分解等反应,从而被降解去除[4-5].本文利用超声波对焦化废水进行处理,探讨了影响其处理效果的一些主要因素,并对其强化技术进行了对比分析.

　　1 实验部分

　　实验废水和装置:本实验所用焦化废水取自国内某焦化厂,其化学需氧量(CODCr)的质量浓度为3000~4000mg.L-1,NH+4-N的质量浓度为50~100mg.L-1,pH值为812~910;UG-II型超声波装置,频率为20 kHz,电功率为0~300 W;玻璃反应器;微型空气压缩机;LZB-2玻璃转子流量计;雷磁PHSJ-3F型数显pH计;GC-MS分析仪(ThermoFinnigan Trace DSQ和Trace GC2000).实验方案:取定量废水于反应器中,下降超声波发生器探头,使声源发射末端插入液面以下约110cm处.打开超声波电源开始计时.达到规定作用时间后检测出水的CODCr和NH+4-N质量浓度,计算去除率. CODCr的检测采用GB 11914-89重铬酸盐法;NH+4-N的检测采用GB 7478-87蒸馏和滴定法.

　　2 结果与讨论

　　2.1 作用时间和超声功率的影响

　　实验条件:废水的pH值为9.0,CODCr的质量浓度为3200~3500mg.L-1,NH+4-N的质量浓度为65~70mg.L-1.实验结果如图1所示.超声作用时间(t)延长,CODCr和NH+4-N去除率持续增长,并且增长速度是由快变慢.在超声作用刚开始时,超声空化作用在废水中产生出OH等强氧化性的物质,废水中的有机和无机污染物可在此高能条件下被逐步降解.只要作用时间足够长,可最终使废水中绝大部分的CODCr和NH+4-N去除.但是,随着超声作用时间的延长,CODCr和NH+4-N的质量浓度不断下降,并且废水中空化介质也在不断减少,使得超声空化效率逐渐减弱,表现为CODCr和NH+4-N的去降率提高幅度减缓.综合考虑到超声波处理焦化废水的效率,再结合实验过程中用电量等处理成本,确定以下实验超声作用时间为120min.

　　超声波功率(P)直接影响着超声波声强和声密度.由图1可以看出,随着超声功率的增加,声强和声场密度随之增加,废水中CODCr和NH+4-N的去除率增加.超声空化是液体中一种非常复杂的物理现象,液体中的微小泡核在超声波作用下被激化,表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程.超声功率提高,增加了空化核数量和强度,导致OH等自由基的数量增加,促进了氧化作用和空化热解作用,使CODCr和NH+4-N的去除率提高[6].确定以下实验超声功率为300W.