高濃度有機廢水如何處理
微波誘導氧化技術在環境工程中，尤其在水處理領域的應用研究是一個極具發展前途的新方法。微波誘導氧化降解有機污染物通常采用一些比表面積大、吸附性強、熱穩定性好以及價格低廉的物質作為誘導化學反應的催化劑。利用微波體加熱的性能，均勻、快速、無滯后地把能量傳遞給廢水中的水分子以及其他的極性分子，在微波輻射作用下，催化劑表面的金屬點位能與微波發生強烈的相互作用，使微波能轉化為熱能，從使某些表面點位被選擇很快加熱至很高溫度，在這些點位附近發生微波誘導氧化催化反應，從而促進有機污染物的降解[1]。這樣降低了催化濕式氧化（CWAO）反應條件的苛刻程度，能夠使反應在常溫常壓下進行，也提高了設備的使用壽命。
本試驗嘗試以H2O2作為氧化劑，3價鐵鹽-CeO2作為催化助化劑，活性炭作為吸附劑，以微波輻射能為輔助對高含量有機廢水進行降解[2-3]。其中H2O2與3價鐵鹽構成了CWAO，其在高溫高壓下進行，時常伴有對容器高腐蝕的環境，對反應的條件及設備要求較高。
氧化劑H2O2在微波的誘導下能夠更快速、有效地分解出具有極高氧化電位（2.8V）的羥基自由基（·OH）。3價鐵鹽的催化作用表現在它容易吸收微波能，在吸收微波能以后，其表面某些點的溫度升至300～500℃，點位附近Fe元素3d軌道上激發出的電子成自由狀態，與H2O2作用產生羥基自由基（·OH）再與廢水作用促使其降解。
稀土物質對微波能具有很強的吸收作用，金屬元素4f軌道易激發出電子，催化作用則表現更強[4]。選擇稀土氧化物CeO2作為3價鐵鹽的助催化劑，復合體系的催化能力得到增強，降解效果則更加明顯；钚蕴孔鳛槲絼⿲ξ⒉ㄟ有很強的吸收能力，能誘導和強化化學反應，而且活性炭在微波誘導作用下，其本身的吸附性能也大為改善，達到提高污染物去除效果的目的[5]。而3價鐵鹽存在，使活性炭改性，微波照射能使溶液中的對硫磷迅速降解[6]。
1試驗部分
微波爐為EG720FA4-NR型家用微波爐改造，功率700W，功率按100%、80%、60%、40%、20%可調。
試驗裝置見圖1。
催化劑3價鐵鹽Fe2(SO4)3、Fe2O3，氧化劑H2O2，助催化劑CeO2。
廢水為大連某公司香料生產廢水，主要含有鹽、醇、酯類等。廢水來源包括呋喃酮系列香料生產廢水、丁位內酯系列香料生產廢水、煙用系列香料生產廢水等，以及地面清洗廢水、生活污水、鍋爐水處理設備樹脂再生水、循環冷卻水，廢水呈醬油色，種類多、含量高、處理難、水質變化大，試驗取水COD為120g/L。
2結果與討論
2.1試驗一
取廢水400mL，裝入500mL三口玻璃燒瓶；取Fe2(SO4)30.3g、活性炭3g、H2O210mL、CeO20.03g，搖晃均勻，把三口燒瓶按放入微波爐。微波功率700W，加熱3min，溫度90℃，凈化瓶中冒出氣泡，靜置，取出燒瓶觀察，色度無變化。
按計量稱取上述藥品與廢水放入燒瓶，微波功率700W，加熱1min，冷卻，反復進行3次，累計加熱3min，凈化瓶中無氣泡冒出，溫度70℃，靜置，取出燒瓶觀察，色度無變化。
再取廢水400mL裝入500mL三口玻璃燒瓶，取Fe2O30.3g、活性炭3g、H2O210mL、CeO20.03g，按上述程序進行試驗，觀察現象。微波功率700W，連續3min加熱，溫度達到90℃，靜置，廢水色度明顯降低，醬油色的廢水變為透明的淡黃色，燒瓶底部有紅褐色沉淀，COD去除率為90%；間歇加熱3min加熱，溫度70℃，靜置，醬油色的廢水變為透明的黃色，燒瓶底部有紅褐色沉淀，COD去除率為90%。
分析以上試驗可知：
(1)Fe2O3對廢水降解的貢獻要遠大于Fe2(SO4)3。但尚不清楚是鐵鹽本身吸收微波產生熱點降解有機物能力占主導，還是2種物質對H2O2催化能力占主導，需進一步探究。
(2)連續加熱與間歇加熱，對上述藥品組合處理廢水能力的影響沒有明顯區別。
2.2試驗二
取100mL廢水加入5mLH2O2，微波環境加熱3min，微波功率700W，廢水色度無明顯變化；取此種廢水若干份（每份100mL），繼續分別加入H2O210、15、20、25、30mL，考察對COD去除率，結果見圖2。
取100mL廢水加入0.1g的Fe2O3-CeO2使溶液飽和，微波環境加熱3min，微波功率700W，廢水色度無變化；取100mL廢水加入2g活性炭，微波環境加熱3min，微波功率700W，廢水色度無變化。
分析以上試驗可知：H2O2在微波環境下自身能夠分解出·OH對廢水進行氧化，但氧化效率偏低，而單獨的Fe2O3-CeO2與活性炭在微波環境下不能快速使廢水中有機物降解。這說明Fe2O3-CeO2對于H2O2的確有較高的催化能力。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。
進一步試驗得到，吸附劑活性炭3g，0.33g催化劑Fe2O3-CeO2（質量比10:1），400mL廢水，H2O215mLmL時于微波功率700W下加熱3min，COD去除率可達到98%以上[7]。
3結論
微波環境下，Fe2O3與CeO2組成的催化劑，以及以活性炭作為表面吸附劑，以H2O2為氧化劑，能夠誘使廢水中高含量的有機物降解，反應過程迅速，色度與COD去除效果顯著。
試驗的缺點在于：(1)廢水處理時的溫度較高，微波功率700W下加熱3min、400mL的廢水達到90℃以上；(2)試驗中的藥品價格較高，尤其是消耗品氧化劑H2O2的用量不能降低，大大的提高了成本。
綜上所述，本試驗中對于電能的消耗及藥品尤其是H2O2的消耗，提高了此法工業化的門檻。藥品中活性炭及Fe2O3-CeO2，在一定程度上可重復使用，但其占試驗成本的比率并不高。而H2O2的用量使其占據了藥品中的大部分成本，而且溫度條件是否對于試驗有決定性的限制沒有得到證實。所以尋找H2O2的低成本替代品，以及在較低溫度下促使反應成功，是此法能否推廣以及工業化的重要前提。
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