复合催化氧化法处理PTA废水的研究
[摘要]叙述了PTA废水国内外处理技术的现状。试验研究了复合催化氧化法处理PTA废水的效果，系统地考察了pH、反应时间和氧化剂投加量对COD、色度去除率的影响，优化了废水处理的操作条件，最终以较低的成本和方便的操作将PTA混合污水的COD降至420mg／L左右，进一步用生物降解系统进行处理可使其COD降至150mg／L以下。本方法操作简单，工艺流程合理，处理效果好，可操作性强，环境友好。
[关键词]对苯二甲酸；催化；氧化；废水处理
对苯二甲酸(PTA)是生产合成树脂、涤纶纤维等产品的重要原料，目前国内PTA装置均采用对二甲苯氧化工艺，生产过程中产生大量高浓度有机废水，废水组成复杂，主要污染物包括甲苯、对二甲苯、对甲基苯甲酸、对苯二甲酸(PTA或TA)、邻苯
二甲酸、苯甲酸、对羧基苯甲醛、醋酸酯、醋酸、钴锰催化剂、乙醛、挥发酸以及生产过程中所用的原料、中间产物、副产物等四十余种有机污染物质。由于该废水水质复杂而多变，大大增加了治理的难度。高级氧化工艺在印染工业废水、制药工业废水的处理中获得了令人满意的效果。笔者采用复合催化氧化法处理PTA废水，系统地考察了pH、反应时间和氧化剂投加量对COD、色度去除率的影响，优化了废水处理的操作条件，最终以较低的成本和方便的操作将高浓度PTA混合污水的COD降至420mg／L左右，进一步用生物降解系统进行处理可使其COD降至150mg／L以下。
1实验
1．1试剂与仪器
试剂：二氧化氯(C10)，重铬酸钾，催化剂(自制)，硫酸银，硫酸，硫代硫酸钠，均采用分析纯。
仪器与装置：氧化塔(玻璃)，计量泵，风机，2000mL容器若干，电炉，冷凝管，烘箱，马弗炉，广口瓶若干，流量计。
1．2工艺流程
PTA废水处理工艺流程如图1所示。
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由图1可见．在该工艺中通过沉降、过滤去除PTA废水中含有的悬浮颗粒．再进人装填有非均相催化剂的催化反应塔中．与二氧化氯氧化剂混合后
进行催化氧化降解处理．上述反应物在催化反应塔中能产生氧化能力极强的活性基团——羟基自由基(HO·)，这些自由基能激发有机物分子中的活泼氢生成R·自由基或羟基取代中间体，成为进一步氧化反应的引发剂，使中间体开环裂解，大分子变成小分子．小分子进一步氧化成二氧化碳和水，处理后的水相经曝气后直接进人生化处理系统。
1．3实验方法
将沉降、过滤后的PTA废水投人容器中，并按比例向其中投入氧化剂C10等，然后搅拌混合均匀．通过计量泵将配制好的废水抽人催化反应塔中进行催化氧化降解反应．反应过程中通过风机向反应塔中鼓人一定量的空气．处理后废水取样测定COD.
2结果与讨论
2．1C10投加量的影响
主体氧化剂采用C10溶液，质量浓度约为1000mg／L。在其他条件[(空气)：(废水)为105～110，溶液的pH为4．5，反应温度为(15±5)oC，废水在反应塔中HRT=Ih]不变的情况下，氧化剂C10投加量对COD影响见图2。
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由图2可见，随着C10投加量的升高，处理后废水的COD逐渐降低。当m(C10溶液)：m(废水)在0～0．2范围内时，出水COD随C10投加量的不同变化较大，达到0．3后，影响逐渐减小。当m(C10溶液)：m(废水)=0．3时，出水COD可控制在400～450mg／L之间。
2．2废水HRT的影响
在其他条件[m(C10溶液)：m(废水)=O．3，(空气)：V(废水)为105～llO，溶液的pH为4．5，反应温度为(15±5)oC]不变的情况下，考察了废水在塔中的HRT对COD去除效果的影响，结果见图3。
由图3可见．随着废水在催化反应塔中的HRT的延长，处理后废水的COD逐渐降低。当m(C102溶液)：m(废水)在0～0．3范围内，增加废水在催化反应塔中的停留时间对出水COD的降低有明显帮助。废水在催化反应塔中的HRT>1h后，影响逐渐减小。当HRT为1h左右时，出水COD可控制在400～450mg／L。
2．3气液比的影响
在氧化反应降解PTA废水过程中，从塔底部通人空气，一方面可以利用空气中的氧气帮助降解废水中的有机物。减少氧化剂的消耗量；另一方面，可以起搅拌作用．促进催化反应塔中的液相均匀分布，但通气量增大也会导致固定床催化剂的破损加剧。在其他条件[m(C10：溶液)：m(废水)=O-3，废水在催化反应塔HRT=1h，溶液的pH为4．5，反应温度为室温(15±5)cI=]不变时，改变气液比，考察其对COD去除效果的影响，结果见图4。
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由图4可见，随着(空气)：(废水)的加大，处理后的废水的COD总体呈下降趋势。当(空气)：(废水)>100后，增加空气的流量不再具有积极意义。催化反应塔中催化剂的破损率随着空气流量的加大而加剧，当(空气)：V(废水)>120后，固定床催化剂破损率随气液比的增加而严重加剧。综合两方面因素，(空气)：(废水)应控制在100～l1O。
2．4废水pH的影响
在其他条件[m(C10溶液)：m(废水)=0．3，(空气)：(废水)为105～110，反应温度(15±5)cI=，HRT=1h]不变的情况下，考察了废水的pH对COD去除效果的影响，结果见图5。
由图5可见，随着废水pH的增大。处理后的废水的COD逐渐变大，即废水的酸性化有利于其中有机物的氧化降解．但pH<4后其对氧化降解效果的影响不明显。故选择pH在4．0～5．O之间，此为水样的pH。
2．5反应温度的影响
实验证明，在其他条件不变的情况下，提高反应温度可以在一定程度上增加反应速度，缩短废水的停留时间。但改变反应温度对出水COD的影响较小，考虑在建设工业化装置时对系统加热会带来较大的麻烦，故选择常温进行氧化处理较为合适。
3结论
以质量浓度为1000mg／L的C102溶液为主氧化剂，采用复合催化氧化法处理PTA废水，m(C10：溶液)：m(废水)=o．3，废水在催化反应塔中的HRT=1h，(空气)：(废水)为105～110，废水的pH为4．5，反应温度为常温．可以将PTA混合废水的COD从3000降至420mg／L。该处理方法具有操作简便、操作弹性大、处理成本低等特点。
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