Page 237 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

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第 1 期 王勇等：α-Fe O 催化臭氧氧化耦合陶瓷膜处理含酚废水 · 233 ·
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含酚废水主要来源于煤化工、石油化工和制药 平。其中，反应器由平板陶瓷膜、曝气头和磁力搅拌
等行业，具有高毒性且难生物降解，严重危害人体健 装置组成，反应器有效容积 为 5 L，装置顶部加盖密
康和生态环境安全 [1-2] ，常规的生物法难以将其去 封，设有进出水孔和尾气孔（ 图 1）。

除。催化臭氧氧化法是降解含酚废水的有效处理方
法 [3-6] ，该工艺在催化氧化过程可以产生强氧化剂羟
[7]
基自由基（·OH） ，·O 可以有效处理有毒有害的难
H
降解有机物。然而，催化氧化工艺仍面临着催化效
率较低、催化剂易流失、活性组分易中毒失活等问
题 [8-9] 。研究表明，微纳米金属氧化物 如 α-Fe O 3 [10] 、
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α-MnO [11] 、MgO [12 ] 等具有强烈的臭氧催化活性。这
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类金属氧化物通常无毒、成本低、易制备，应用前景
1—氧气瓶；2—臭氧发生器；3—臭氧浓度检测器；4—反应器；5—粉末
广阔。在实际应用中，微纳米催化剂常通过负载在
催化剂/废水混合体系；6—陶瓷膜；7—曝气头；8—磁转子；9—磁力搅
活性炭、Al O 或其他载体上组成复合催化剂 [13-15] ，
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2 拌器；10—集水瓶；11—电子天平；12—给水池；13—水泵。
这类复合催化剂与污染物 和 O 的接触水平较低，不 图 1 试验装置
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利于吸附和催化作用，限制了有机物的降解效 Fig.1 Experimental apparatus

率 [16-17] 。另一方面，微纳米催化剂可以单独参与类似 1.2 试验方法
均相 的 O 催，提 高 O 利用率，增强催化效果 [18-19] 。 1.2.1 间歇试验
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但是，该催化体系存在催化剂容易流失的问题。采 在反应器中配 置 0.5 g/L α-Fe O 和 3 50 mg/ 苯
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用出水效率高、结构稳定及耐酸碱的陶瓷膜对微纳 酚的混合废水，通过曝气头进 行 O 曝气，每 隔 5 min
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米催化剂进行截留、回收，从而实现工艺的连续稳定 取样一次，检测实时 的 COD，研 究 α-Fe O 催化臭氧
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运行，具有一定可行性 [20-21] 。 氧化效果；在无苯酚条件下，检测曝气过程中溶液的
笔者选取微米 级 α-Fe O 催化臭氧氧化模拟含 溶 解 O 浓度，达到浓度平衡后停止曝气，继续检测
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酚废水，采用陶瓷膜截留回收催化剂，在恒压条件 溶 解 O 浓度，研究反应过程 中 α-Fe O 对臭氧的催
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下，探 究 α-Fe O 耦合陶瓷膜工艺对含酚废水的处理 化分解作用；通过投加叔丁醇（TBA）进行自由基淬
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效果。通过设置压力梯度，研究体系的出水效率、膜 灭试验，验证催化氧化过程中间接生成的·OH。
污染水平，优化运行过程的操作压力；通过对运行过 1.2.2 连续流试验
程的渗透通量变化，判断膜堵塞状态，分析膜阻力构 在反应器预先投 加 0.5 g/L α-Fe O 和 3 5 去离
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成；在连续流条件下，研究催化氧化体系对含酚废水 子水，充分混合后，设置出水端水泵的操作压力，通
的持续处理能力，以期为高效处理含酚废水提供 过陶瓷膜对废水进行抽滤，并进行臭氧曝气。同时，
参考。 通过调节进水泵，将废水由给水池持续输送到反应
器，保持进出水流量一致。抽滤后的尾水由集水瓶
1 材料与方法
收集，测量尾水的实时质量，计算陶瓷膜通量，考察
1.1 材料与装置 膜污染形成机制，探究连续运行条件下的苯酚降解
微米 级 α-Fe O 粒径约 为 50 目；O 由北京同 效果和膜污染情况；使用同一 批 α-Fe O 和陶瓷膜片
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林生产 的 3S-T 型臭氧发生器制备，臭氧发生器气 进行连续运行试验，每连续运 行 30 mi 后使 用 100
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源 为 99.99 % 纯氧；试验用苯酚为分析纯，购于国药 m 去离子水进行反冲洗，考察组合工艺对废水的持
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集团化学试剂有限公司；陶瓷膜有效过滤面积 为 100 续处理能力。
mm×100 mm，膜孔径约 为 0.1 µm；试验用模拟废水 1.3 检测方法
通过苯酚和去离子水配置，CO D 约为 125 mg/L； 采 用 CO D 快速测定仪（5B-3B，连华科技）测定
O 浓度控制 在 140～150 mg/L，流量 为 200 mL/min。 COD；采用液相臭氧测量计（SPH006CN+，英国百灵
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试验装置主要包括催化臭氧氧化反应器、纯氧 达）测定液相 O 浓度；采用臭氧浓度检测器（3S-
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气瓶、臭氧发生器（3S-T，北京同林科技有限公司）、 J5000，北京同林）测定气 相 O 浓度。
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臭氧浓度检测器（3S-J5000，北京同林科技有限公 通过流量（V）随时间（t）的变化来研究膜堵塞行
司）、磁力搅拌器、给水池、集水瓶、水泵和电子天 为，其中， 通过液体质量的变化与水密度的关系进
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