印染廢水脫色降解高級氧化技術(shù)

印染行業(yè)一直是我國傳統(tǒng)特色產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，為社會經(jīng)濟快速發(fā)展做出貢獻的同時帶來一定的環(huán)境污染。印染行業(yè)用水量大，在前處理、染色、印花工序中會產(chǎn)生大量廢水，其中染色廢水由于色度大、強堿性、有機污染物難降解等特點，依靠現(xiàn)有成熟工藝很難有效處理。為響應(yīng)國家環(huán)保政策，探索高效的印染廢水處理工藝、實施全過程綠色清潔生產(chǎn)迫在眉睫。

高級氧化技術(shù)（AOPs）是一種高效處理有機廢水的化學處理技術(shù)，包括Fenton氧化法、O3氧化法、光媒介催化氧化法等，是利用羥基自由基（?OH）對染料及高分子量有機物進行深度化學氧化的技術(shù)，使廢水中染料等有機物快速高效降解。其中O3氧化法處理高效、設(shè)備簡單、易與其他技術(shù)聯(lián)用，在印染廢水處理上引起了廣泛的重視。而目前關(guān)于O3氧化法處理含染料廢水的研究大多是針對單個染料進行脫色及去除有機物的研究。施銀桃研究了利用O3處理活性、分散染料廢水的工藝及影響因素。李桂菊自制的催化劑大大提高了O3催化印染廢水COD去除率。胡俊生研究了O3處理酸性紅B染料廢水的工藝及影響因素。劉亞納采用多工藝協(xié)同技術(shù)處理染料廢水。以上研究均處于實驗室研究階段，對生產(chǎn)實際過程中含鹽堿的多染料染液脫色及降解研究較少。本文以含鹽堿的多染料染液為處理對象，通過O3氧化法和O3/H2O2氧化法處理含染料廢水得出模擬染料廢水的降解規(guī)律，為高級氧化技術(shù)應(yīng)用于印染廢水處理提供理論支持。

1、試驗

1.1  藥品與儀器

染料：活性黃145（單偶氮，苯環(huán)結(jié)構(gòu)）、溶劑紅195（雙偶氮，蒽環(huán)結(jié)構(gòu)）、活性藍221（銅絡(luò)合甲?H結(jié)構(gòu)），均為市售商用染料。試劑：質(zhì)量分數(shù)為30%的H2O2、NaCl、Na2CO3等，均為分析純。儀器：Grt-003臭氧發(fā)生器（格瑞特），cary-50紫外可見分光光度計，ET7240色度測定儀，PHS-3CpH計（雷磁）；BSA2202S電子天平（賽多利斯），HLCOD-2M型COD測定儀等。

1.2 試驗方法

配制單染料試驗廢水和混合染料試驗廢水。

①3種染料各取單支，配制成0.15g/L的3種單染料廢水；

②3種染料各取0.05g混合溶解于1L水中，配制成混合染料廢水。

參考工業(yè)印染廢水酸堿度，將兩種試驗廢水的pH設(shè)定為11，對兩種試驗廢水分別進行O3和O3/H2O2氧化處理試驗。

試驗反應(yīng)器采用容積為1L的圓筒玻璃容器，置于磁力攪拌器上，攪拌速度為100r/min，O3流量為1L/min，濃度為37.1mg/L。試驗時，投加濃度為0.005mol/L~0.01mol/L的H2O2溶液，充分混勻后通入O3開始反應(yīng)并計時，按設(shè)定時間取樣，測定分析試驗廢水脫色率。

2、結(jié)果與討論

2.1 O3高級氧化法對廢水脫色的影響

取500mL混合染料試驗廢水，置于反應(yīng)容器中，以2g/L的流量通入O3，檢測混合染液在不同處理時長的吸光度A，結(jié)果見表1。

從表1可見，在pH為11時，混合染液廢水經(jīng)過O3氧化后，其吸光度及光譜發(fā)生了變化。隨著反應(yīng)時長的增加，吸光度減弱。這主要是因為pH為11時，O3反應(yīng)生成氧化能力較強的羥基自由基?OH，使得染料分子內(nèi)發(fā)色母體的不飽和鍵斷裂，達到脫色的目的。圖1給出了pH為11的混合染料樣水、混合染料樣水加電解質(zhì)（NaCL10g/L）或表面活性劑情況下，單獨以2g/L的流量通入O3，廢水脫色率隨著反應(yīng)時長增加的變化情況。從圖1可見，通入O3對混合染料試驗廢水有較好的脫色效果，脫色率隨著反應(yīng)時長的增加而不斷提高，反應(yīng)時長達到20min后，由3種不同結(jié)構(gòu)的偶氮染料組成的混合染料試驗廢水脫色率達95%以上。同時，從圖1中可見，電解質(zhì)、表面活性劑的存在對廢水脫色影響不大。

2.2 O3/H2O2高級氧化法對廢水脫色的影響

O3/H2O2高級氧化法是利用羥基自由基?OH的高級氧化電位處理印染廢水中較難處理的色度及有機物的一種有效方法。采用O3/H2O2高級氧化法對本試驗配制的單染料廢水和混合染料廢水進行處理。O3投加量為0.28g/L，H2O2投加量為0.005mol/L、0.01mol/L，反應(yīng)時長為10min時，廢水脫色結(jié)果見表2。由表2可見，O3對廢水的脫色率較高，其中活性藍221單染料廢水最高可達96.4%。O3/H2O2協(xié)同深度處理染液時，沒有出現(xiàn)協(xié)同的增幅效應(yīng)，廢水的脫色率反而有所降低，并且隨著H2O2投入量的增加廢水脫色效果減弱，降至40.8%。這主要是因為堿性條件下，H2O2與溶液中的?OH發(fā)生反應(yīng)，消耗了氧化性能較強的?OH，生成了氧化性能相對較弱的過氧化羥基自由基（HO2?），反應(yīng)式為：

由于?OH被消耗，無法氧化染料分子，故經(jīng)O3/H2O2法處理的廢水脫色率明顯降低。同時從表2可見，活性藍221的單染料廢水經(jīng)處理后，脫色率明顯高于其他兩種染料。從染料的結(jié)構(gòu)分析，染料活性藍221分子結(jié)構(gòu)中含有金屬離子，金屬離子是Fenton體系催化產(chǎn)生羥基自由基的催化劑，這說明在堿性條件下，適量添加金屬離子可以使偶氮染料廢水的脫色率達到95%以上。在相同條件下，兩種氧化法處理的混合染料廢水脫色率均達到80%以上，這從側(cè)面印證了染料活性藍221中的金屬離子作為體系催化劑促進了反應(yīng)，生成的?OH對染料分子進行了氧化反應(yīng)。此外，從表2可見，H2O2投加量從0.005mol/L增至0.01mol/L時，廢水脫色率有所下降，這是由于H2O2對?OH的消耗也同步進行。

2.3 兩種高級氧化法對染料降解的影響

對廢水降解處理后進行COD（Chemical Oxygen Demand in Water，水中化學需氧量，簡稱“COD”）、TOC（總有機碳，Total Organic Carbon，簡稱“TOC”)測試，考察不同染料廢水、處理工藝對染料的降解情況，結(jié)果見表3。O3/H2O2高級氧化法的COD去除率較高，最高達到94%（活性黃145），但隨著O3/H2O2濃度的提高COD去除率沒有明顯的提升。O3高級氧化法的TOC去除率明顯高于O3/H2O2高級氧化法。

3、結(jié)論

采用O3高級氧化法處理苯環(huán)結(jié)構(gòu)、蒽環(huán)結(jié)構(gòu)、含金屬離子染料的廢水色度去除效率高，COD、TOC指標在短時間內(nèi)下降明顯，廢水脫色率最高達98.2%。由于金屬離子在堿性環(huán)境下對脫色反應(yīng)起到催化作用，故含金屬離子染料更加適宜采用O3高級氧化法處理，也可在廢水處理過程中適當添加微量的金屬離子，以增強反應(yīng)效果。采用O3/H2O2協(xié)同工藝可顯著地提高染料廢水脫色和降解效率，縮短處理時長。H2O2在印染企業(yè)廣泛應(yīng)用在前處理工藝，較容易得到，反應(yīng)后對生態(tài)環(huán)境無影響。（來源：江蘇優(yōu)風環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇工程職業(yè)技術(shù)學院）