港口和水運行業的迅猛發展極大地促進了化學品的運輸，而裝運化學品的集裝箱在清洗過程中將產生高濃度化學品廢水。由于化學品種類繁多，其廢水成分極其復雜，且多為有毒、有害或致癌物質，如不進行有效處理，將嚴重威脅港口生態環境和人類健康。目前港口廢水的處理多采用隔油、混凝、電化學、氧化、吸附、氣浮及生化等傳統處理工藝，而由于化學品集裝箱清洗廢水為間歇操作，且產生的廢水也因貨種的不同變化較大，傳統組合工藝很難達到處理要求，因此迫切需要開發一種高效且普遍適用的洗箱廢水處理技術。
微波誘導催化氧化作為一種新型的高級氧化技術具有無選擇性、降解速度快、降解程度高等諸多優勢，其對染料廢水、苯酚廢水、焦化廢水和農藥廢水等的處理效果已得到廣泛認可和證實。將微波誘導催化氧化技術用于港口化學品洗箱廢水處理中，以此技術為核心開發普遍適用的化學品洗箱廢水的處理和回用裝置，無疑為港口化學品洗箱廢水的資源化處理開辟了新的途徑。
為此本研究以實際化學品洗箱廢水為研究對象，研究了微波-活性炭催化氧化技術對洗箱廢水的處理效果，重點考察了不同運行條件下的微波- 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，以期為后續處理裝置的設計開發提供重要信息和依據。
1 試驗部分
1.1 試驗儀器及材料
試驗儀器：哈希DR2800 分光光度計，美國哈希公司;DRB200 消解儀，美國哈希公司;Liqui TOC 總有機碳分析儀，德國元素分析系統公司;微波反應裝置，中國南京匯研微波系統工程有限公司;BT100- 2J 恒流泵，中國保定蘭格;Mill-Q Element 超純水系統，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： 試驗所用活性炭為上海活性炭廠的原煤破碎炭，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 試驗裝置
試驗裝置如圖 1 所示。
圖 1 微波誘導催化氧化試驗裝置
本系統由微波發生器、環形器、水負載、雙定向耦合器、三螺釘調配器和反應腔體組成，微波發生器與反應腔體之間由相關波導和電纜連接，其微波入射電流和反射電流顯示在微波發生器控制面板上。微波能從微波發生器的激勵腔輸出后經環形器進入雙定向耦合器，再經過三螺釘調配器進入饋能波導，然后輻射進入反應腔體(30 cm×30 cm×40 cm)。待處理水樣從反應柱(ID=3 cm，H=50 cm)上端進入，采用氣液同向進氣方式; 出水經過冷凝后由水樣收集罐接收，尾氣經活性炭柱吸附后排空。
2 結果與討論
2.1 活性炭吸附對化學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用于廢水處理中。試驗首先考察了單獨活性炭吸附對化學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，進水流量為3.2 mL/min，試驗結果如圖 2 所示。
圖 2 活性炭吸附對化學品洗箱廢水的處理效果
由圖 2 可知，當進水COD 和TOC 分別為1 516 mg/L 和203 mg/L 時，經活性炭柱處理2 h 后出水 COD 為86.5 mg/L、TOC 為23.7 mg/L，4 h 后出水 COD 達到255 mg/L、TOC 為61.2 mg/L，隨著處理時間的延長，炭柱出水污染物濃度呈顯著上升趨勢。由此分析可知，活性炭對該化學品洗箱廢水有一定的吸附能力，但由于污染物濃度較高，活性炭很容易達到吸附飽和，其出水無法滿足排放標準及回用要求;另外從處理成本上看也是非常不經濟的。
2.2 微波誘導活性炭催化氧化對化學品洗箱廢水的處理效果
試驗研究了微波誘導活性炭催化氧化對化學品洗箱廢水的處理效果，運行參數分別為： 微波功率 142 W，進氣量120 mL/min，進水流量3.2 mL/min，炭柱直徑3 cm，填裝高度30 cm，活性炭填裝量100 g。試驗結果如圖 3 所示。
圖 3 微波誘導活性炭催化氧化對化學品洗箱廢水的處理效果
由圖 3 可以看出，微波誘導活性炭對該化學品洗箱廢水具有非常好的處理效果，當進水COD 和 TOC 分別為1 516 mg/L 和203 mg/L 時，該系統對 COD 和TOC 的去除率基本在90%以上。微波誘導活性炭對COD 和TOC 的處理效果呈現明顯的一致性，由此可以推斷，去除的COD 沒有因催化氧化形成中間產物，而是被完全礦化成CO2 和H2O。
在進水COD 為1 516~1 694 mg/L、TOC 為203 mg/L 的條件下，進一步對比了活性炭單獨吸附和微波誘導活性炭對化學品洗箱廢水的處理效果，結果表明，微波誘導活性炭對化學品洗箱廢水的處理效果明顯好于活性炭單獨吸附，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”可使高濃度有機廢水獲得良好的處理效果，微波活性炭的“熱點效應”應該是產生如此去除效果的主要原因。
2.3 不同工況下微波誘導活性炭催化氧化對化學品洗箱廢水的處理效果
研究表明，微波功率和進氣量是微波誘導活性炭工藝的關鍵參數，通過試驗分別考察了不同微波功率和進氣量對處理效果的影響，運行參數設計如 表 1 所示。不同運行條件下微波誘導活性炭催化氧化對化學品洗箱廢水COD 的處理效果如圖 4 所示。
圖 4 不同運行條件下微波誘導活性炭催化氧化對化學品洗箱廢水COD 的處理效果
結合表 1 和圖 4 可以看出，將微波功率由142W 降至110 W 時，COD 去除率從90%以上迅速降至 70%以下，而將進氣量從120 mL/min 增加至250 mL/min 時，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”吸收的能量變多，同時隨著微波功率的升高，“熱點”的數量也隨之增加，進而提高了COD 去除率〔8〕;進氣量的增加可以有效提高微波-活性炭系統中羥基自由基的產生量，進而提高處理效果〔9〕。
另外，結合表 1 和圖 4 還可看出，當進水COD由 1 660 mg/L 增加至4 955 mg/L 時，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-活性炭系統對高濃度有機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性。另外，在相同的進水和進氣量下，當微波功率由206 W 增加到238 W 時，出水COD 未見明顯下降，其原因是增加進水流量勢必縮短廢水與活性炭的接觸時間，使之很難被充分氧化。
不同運行條件下微波誘導活性炭催化氧化對化學品洗箱廢水TOC 的處理效果如圖 5 所示。
圖 5 不同運行條件下微波誘導活性炭催化氧化對化學品洗箱廢水TOC 的處理效果
結合表 1 和圖 5 可以看出，雖然進水COD 差別較大，但進水TOC 變化不大，TOC 去除趨勢與COD 基本一致，但處理能力有所差別。當進水COD(1 516~ 1 694 mg/L) 較小時，TOC 去除率基本在90%以上，而當進水COD(4 765~4 955 mg/L)較大時，TOC 去除率明顯降低，維持在60%左右。造成此現象的原因可能是進水流量的增加縮短了廢水與活性炭的接觸時間，致使污染物很難被氧化完全，形成的中間產物導致出水TOC 偏大。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
3 結論
(1)微波誘導活性炭催化氧化對化學品洗箱廢水具有良好的處理效果，COD 和TOC 去除率均達到 90%以上。
(2)微波功率和進氣量對微波誘導活性炭催化氧化系統影響很大，增加微波功率和進氣量可以有效提高該系統的處理能力。
(3)進水流量的增加縮短了廢水與活性炭的接觸時間，導致污染物很難被氧化完全，形成的中間產物容易使出水水質變差。
(4)微波誘導活性炭催化氧化對于處理高濃度有機廢水具有明顯優勢，但在處理效果、處理能力以及運行成本優化方面尚需進一步研究。
