港口和水運(yùn)行業(yè)的迅猛發(fā)展極大地促進(jìn)了化學(xué)品的運(yùn)輸，而裝運(yùn)化學(xué)品的集裝箱在清洗過程中將產(chǎn)生高濃度化學(xué)品廢水。由于化學(xué)品種類繁多，其廢水成分極其復(fù)雜，且多為有毒、有害或致癌物質(zhì)，如不進(jìn)行有效處理，將嚴(yán)重威脅港口生態(tài)環(huán)境和人類健康。目前港口廢水的處理多采用隔油、混凝、電化學(xué)、氧化、吸附、氣浮及生化等傳統(tǒng)處理工藝，而由于化學(xué)品集裝箱清洗廢水為間歇操作，且產(chǎn)生的廢水也因貨種的不同變化較大，傳統(tǒng)組合工藝很難達(dá)到處理要求，因此迫切需要開發(fā)一種高效且普遍適用的洗箱廢水處理技術(shù)。

　　微波誘導(dǎo)催化氧化作為一種新型的高級(jí)氧化技術(shù)具有無選擇性、降解速度快、降解程度高等諸多優(yōu)勢(shì)，其對(duì)染料廢水、苯酚廢水、焦化廢水和農(nóng)藥廢水等的處理效果已得到廣泛認(rèn)可和證實(shí)。將微波誘導(dǎo)催化氧化技術(shù)用于港口化學(xué)品洗箱廢水處理中，以此技術(shù)為核心開發(fā)普遍適用的化學(xué)品洗箱廢水的處理和回用裝置，無疑為港口化學(xué)品洗箱廢水的資源化處理開辟了新的途徑。

　　為此本研究以實(shí)際化學(xué)品洗箱廢水為研究對(duì)象，研究了微波-活性炭催化氧化技術(shù)對(duì)洗箱廢水的處理效果，重點(diǎn)考察了不同運(yùn)行條件下的微波- 活性炭催化氧化能力，探究了活性炭在催化氧化體系中的作用，分析了處理前后活性炭理化特性的變化和作為“敏化劑”的使用活性，以期為后續(xù)處理裝置的設(shè)計(jì)開發(fā)提供重要信息和依據(jù)。

　　1 試驗(yàn)部分

　　1.1 試驗(yàn)儀器及材料

　　試驗(yàn)儀器：哈希DR2800 分光光度計(jì)，美國哈希公司;DRB200 消解儀，美國哈希公司;Liqui TOC 總有機(jī)碳分析儀，德國元素分析系統(tǒng)公司;微波反應(yīng)裝置，中國南京匯研微波系統(tǒng)工程有限公司;BT100- 2J 恒流泵，中國保定蘭格;Mill-Q Element 超純水系統(tǒng)，德國密理博公司;TD5002A 電子天平，天津市天馬儀器廠;AT460 分析天平，瑞士梅特勒公司。

　　水樣： 廢水水樣取自天津某化學(xué)品集裝箱清洗公司，其COD 為1 516~4 935 mg/L，TOC 為190~225 mg/L。

　　活性炭： 試驗(yàn)所用活性炭為上�；钚蕴繌S的原煤破碎炭，粒徑為0.83~2.8 mm，比表面積為902.9 m2/g，孔容積為0.44 cm3/g，平均孔徑為0.98 nm。使用前用超純水洗凈，于120 ℃下烘干。

　　1.2 試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)裝置如圖 1 所示。

　　圖 1 微波誘導(dǎo)催化氧化試驗(yàn)裝置

　　本系統(tǒng)由微波發(fā)生器、環(huán)形器、水負(fù)載、雙定向耦合器、三螺釘調(diào)配器和反應(yīng)腔體組成，微波發(fā)生器與反應(yīng)腔體之間由相關(guān)波導(dǎo)和電纜連接，其微波入射電流和反射電流顯示在微波發(fā)生器控制面板上。微波能從微波發(fā)生器的激勵(lì)腔輸出后經(jīng)環(huán)形器進(jìn)入雙定向耦合器，再經(jīng)過三螺釘調(diào)配器進(jìn)入饋能波導(dǎo)，然后輻射進(jìn)入反應(yīng)腔體(30 cm×30 cm×40 cm)。待處理水樣從反應(yīng)柱(ID=3 cm，H=50 cm)上端進(jìn)入，采用氣液同向進(jìn)氣方式; 出水經(jīng)過冷凝后由水樣收集罐接收，尾氣經(jīng)活性炭柱吸附后排空。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 活性炭吸附對(duì)化學(xué)品洗箱廢水的處理效果

　　活性炭作為一種高效吸附劑被廣泛應(yīng)用于廢水處理中。試驗(yàn)首先考察了單獨(dú)活性炭吸附對(duì)化學(xué)品洗箱廢水的處理效果，其中吸附柱直徑為3 cm，填裝高度為30 cm，活性炭填裝量為100 g，進(jìn)水流量為3.2 mL/min，試驗(yàn)結(jié)果如圖 2 所示。

　　圖 2 活性炭吸附對(duì)化學(xué)品洗箱廢水的處理效果

　　由圖 2 可知，當(dāng)進(jìn)水COD 和TOC 分別為1 516 mg/L 和203 mg/L 時(shí)，經(jīng)活性炭柱處理2 h 后出水 COD 為86.5 mg/L、TOC 為23.7 mg/L，4 h 后出水 COD 達(dá)到255 mg/L、TOC 為61.2 mg/L，隨著處理時(shí)間的延長，炭柱出水污染物濃度呈顯著上升趨勢(shì)。由此分析可知，活性炭對(duì)該化學(xué)品洗箱廢水有一定的吸附能力，但由于污染物濃度較高，活性炭很容易達(dá)到吸附飽和，其出水無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)及回用要求;另外從處理成本上看也是非常不經(jīng)濟(jì)的。

　　2.2 微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化對(duì)化學(xué)品洗箱廢水的處理效果

　　試驗(yàn)研究了微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化對(duì)化學(xué)品洗箱廢水的處理效果，運(yùn)行參數(shù)分別為： 微波功率 142 W，進(jìn)氣量120 mL/min，進(jìn)水流量3.2 mL/min，炭柱直徑3 cm，填裝高度30 cm，活性炭填裝量100 g。試驗(yàn)結(jié)果如圖 3 所示。

　　圖 3 微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化對(duì)化學(xué)品洗箱廢水的處理效果

　　由圖 3 可以看出，微波誘導(dǎo)活性炭對(duì)該化學(xué)品洗箱廢水具有非常好的處理效果，當(dāng)進(jìn)水COD 和 TOC 分別為1 516 mg/L 和203 mg/L 時(shí)，該系統(tǒng)對(duì) COD 和TOC 的去除率基本在90%以上。微波誘導(dǎo)活性炭對(duì)COD 和TOC 的處理效果呈現(xiàn)明顯的一致性，由此可以推斷，去除的COD 沒有因催化氧化形成中間產(chǎn)物，而是被完全礦化成CO2 和H2O。

　　在進(jìn)水COD 為1 516~1 694 mg/L、TOC 為203 mg/L 的條件下，進(jìn)一步對(duì)比了活性炭單獨(dú)吸附和微波誘導(dǎo)活性炭對(duì)化學(xué)品洗箱廢水的處理效果，結(jié)果表明，微波誘導(dǎo)活性炭對(duì)化學(xué)品洗箱廢水的處理效果明顯好于活性炭單獨(dú)吸附，處理21 h 后，其出水 COD 仍在100 mg/L，TOC 維持在20 mg/L 以下，出水水質(zhì)滿足廢水回用要求。由此可知，微波作用下，以活性炭作為“敏化劑”可使高濃度有機(jī)廢水獲得良好的處理效果，微波活性炭的“熱點(diǎn)效應(yīng)”應(yīng)該是產(chǎn)生如此去除效果的主要原因。

　　2.3 不同工況下微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化對(duì)化學(xué)品洗箱廢水的處理效果

　　研究表明，微波功率和進(jìn)氣量是微波誘導(dǎo)活性炭工藝的關(guān)鍵參數(shù)，通過試驗(yàn)分別考察了不同微波功率和進(jìn)氣量對(duì)處理效果的影響，運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)如 表 1 所示。不同運(yùn)行條件下微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化對(duì)化學(xué)品洗箱廢水COD 的處理效果如圖 4 所示。

　　圖 4 不同運(yùn)行條件下微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化對(duì)化學(xué)品洗箱廢水COD 的處理效果

　　結(jié)合表 1 和圖 4 可以看出，將微波功率由142W 降至110 W 時(shí)，COD 去除率從90%以上迅速降至 70%以下，而將進(jìn)氣量從120 mL/min 增加至250 mL/min 時(shí)，COD 去除率迅速上升至90%以上。由此可以推斷，增加微波功率，活性炭表面“熱點(diǎn)”吸收的能量變多，同時(shí)隨著微波功率的升高，“熱點(diǎn)”的數(shù)量也隨之增加，進(jìn)而提高了COD 去除率〔8〕;進(jìn)氣量的增加可以有效提高微波-活性炭系統(tǒng)中羥基自由基的產(chǎn)生量，進(jìn)而提高處理效果〔9〕。

　　另外，結(jié)合表 1 和圖 4 還可看出，當(dāng)進(jìn)水COD由 1 660 mg/L 增加至4 955 mg/L 時(shí)，將微波功率分別增加到174 W 和206 W，處理水量分別增加至4.3 mL/min 和6.3 mL/min，COD 去除率仍維持在90%以上。由此可知，微波-活性炭系統(tǒng)對(duì)高濃度有機(jī)廢水具有良好的處理效果，且微波功率與處理水量具有一定的相關(guān)性。另外，在相同的進(jìn)水和進(jìn)氣量下，當(dāng)微波功率由206 W 增加到238 W 時(shí)，出水COD 未見明顯下降，其原因是增加進(jìn)水流量勢(shì)必縮短廢水與活性炭的接觸時(shí)間，使之很難被充分氧化。

　　不同運(yùn)行條件下微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化對(duì)化學(xué)品洗箱廢水TOC 的處理效果如圖 5 所示。

　　圖 5 不同運(yùn)行條件下微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化對(duì)化學(xué)品洗箱廢水TOC 的處理效果

　　結(jié)合表 1 和圖 5 可以看出，雖然進(jìn)水COD 差別較大，但進(jìn)水TOC 變化不大，TOC 去除趨勢(shì)與COD 基本一致，但處理能力有所差別。當(dāng)進(jìn)水COD(1 516~ 1 694 mg/L) 較小時(shí)，TOC 去除率基本在90%以上，而當(dāng)進(jìn)水COD(4 765~4 955 mg/L)較大時(shí)，TOC 去除率明顯降低，維持在60%左右。造成此現(xiàn)象的原因可能是進(jìn)水流量的增加縮短了廢水與活性炭的接觸時(shí)間，致使污染物很難被氧化完全，形成的中間產(chǎn)物導(dǎo)致出水TOC 偏大。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　(1)微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化對(duì)化學(xué)品洗箱廢水具有良好的處理效果，COD 和TOC 去除率均達(dá)到 90%以上。

　　(2)微波功率和進(jìn)氣量對(duì)微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化系統(tǒng)影響很大，增加微波功率和進(jìn)氣量可以有效提高該系統(tǒng)的處理能力。

　　(3)進(jìn)水流量的增加縮短了廢水與活性炭的接觸時(shí)間，導(dǎo)致污染物很難被氧化完全，形成的中間產(chǎn)物容易使出水水質(zhì)變差。

　　(4)微波誘導(dǎo)活性炭催化氧化對(duì)于處理高濃度有機(jī)廢水具有明顯優(yōu)勢(shì)，但在處理效果、處理能力以及運(yùn)行成本優(yōu)化方面尚需進(jìn)一步研究。