活性艳蓝印染废水处理技术研究

Posted 2023-01-12 臭氧

篇首语：阅读永远是获取知识面最为廉价的方法，没有之一！本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了活性艳蓝印染废水处理技术研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

分别采用紫外线照射(UV)、臭氧(O3)氧化、UV/O3联合法处理活性艳蓝KN-R模拟印染废水，对不同方法的处理效果及影响因素进行研究。结果表明：单纯UV法处理模拟印染废水脱色及COD去除效果甚微；O3氧化处理模拟印染废水，脱色效果明显，COD的去除效果不明显；UV/O3联合法脱色效果明显优于单纯的UV法或O3氧化法，当废水初始浓度为400mg/L，pH值为12，臭氧空气流量为80L/h，处理60min时脱色率高达99.4%，COD去除率为32.0%。
0.引言
纺织印染行业在国民经济发展中占有相当重要的地位，是与日常生活密切相关的行业。作为纺织大国，印染废水也成了中国水污染的重要污染源之一。据不完全统计，中国印染废水每天排放量约在300万～400万t以上，占全国各工业部门排放总量的第5位。为了使印染废水满足排放标准，研究人员不断探索出一些新型印染废水处理方法。由于废水成分复杂，单一处理方法往往不能达到理想的处理效果，因此可根据污染物的不同采用几种方法的组合来完成对印染废水的彻底处理。臭氧(O3)是一种氧化性很强、应用很广的氧化剂，臭氧氧化脱色就是利用O3的强氧化能力破坏染料分子的发色基团，从而达到脱色和降解有机物的目的。印染废水中的某些有机污染物在O3单独作用下最终降解成醋酸、草酸等，它们停留在水中，很难被臭氧进一步氧化。O3联合紫外线(UV)催化臭氧产生具有极强氧化性的.OH，而且能激发水中的物质，使其成为激发态，加速有机物氧化反应的速率，与单独的O3法或UV法相比，其氧化速率可增加102～104倍，并且还可以使有机物被完全氧化降解为CO2和H2O[2-7]，得到更好的处理效果。笔者分别探讨UV法、O3氧化法及UV/O3联合工艺对模拟印染废水的处理效果，以及各影响因素对模拟废水处理效果的影响。
1.实验部分
1.1实验仪器及试剂
实验仪器：HF-8臭氧发生器(臭氧发生量8g/h，风量1.5m3/h，珠海银和臭氧设备有限公司)，LZB-4玻璃转子流量计(浙江余姚)，CM-02台式COD测定仪(北京双晖京承电子产品有限公司)，722E型分光光度计(上海光谱仪器有限公司)，磁力搅拌器(常州国华)，塞多利斯酸度计(PB-21)，紫外汞灯(500W)。实验试剂：硫酸(AR)，氢氧化钠(AR)，活性艳蓝KN-R(天津)。
1.2实验方法
模拟印染废水的配制：称取活性艳蓝KN-R溶于一定量的蒸馏水中，配成一定浓度的模拟印染废水，初始模拟废水浓度按400mg/L配制。实验利用臭氧发生器产生臭氧化空气，O3发生量为8g/h，压缩空气流量为1.5m3/h。实验时量取500mL水样置于大烧杯中，UV法处理时将烧杯置于磁力搅拌器上进行搅拌，并将水样和磁力搅拌器一起置于500W的紫外汞灯下照射，间隔一定时间取样测量；O3处理时将水样置于大烧杯中，臭氧化空气通过玻璃转子流量计计量后通入到大烧杯中，间隔一定时间取样测量；联合法处理时将臭氧化空气通入水样，并将水样放在紫外灯下照射，间隔一定时间取样测量活性艳蓝的浓度及COD值，计算脱色率及COD去除率。活性艳蓝KN-R的浓度用分光光度法在其最大吸收波长592nm处测量吸光度，浓度按标准曲线A=0.0319c+0.0024(R2=0.9999)计算，式中c为活性艳蓝浓度(mg/L)，A为吸光度。COD值测量时，先用COD测定仪消解，然后在610nm处测其吸光度，根据吸光度值按标准曲线COD=4205.4A+3.8334(R2=0.9999)计算水样COD值，求出脱色率及COD去除率。
2.结果与讨论
2.1UV法处理
将500mL浓度为400mg/L的模拟印染废水置于大烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上进行搅拌，并将水样和磁力搅拌器一起置于500W的紫外汞灯下照射，间隔10min取样测量活性艳蓝浓度和COD值，求出脱色率和COD去除率。实验结果如图1。

图1表明，单纯的紫外光照射对模拟印染废水脱色及COD去除效果均不明显。处理60min后脱色率和COD去除率分别为13.3%和8.8%。
2.2O3氧化法处理
2.2.1O3氧化时间的影响
将500mL浓度为400mg/L的模拟印染废水置于大烧杯中，通入臭氧化空气，调节臭氧化空气流量为80L/h，每隔10min取样，测量活性艳蓝浓度和COD值，求出脱色率和COD去除率。实验结果如图2。

实验中随着反应的进行，印染废水颜色逐渐退却，反应进行到20min时，模拟印染废水呈浅紫色；反应进行超过60min后，模拟印染废水基本变无色。图2中数据显示，当臭氧化空气流量为80L/h时，模拟废水经过60min的氧化，最终色度的去除率可达93.9%，COD去除率为29.3%，说明O3氧化处理对印染废水的脱色效果明显，对COD的去除效果不明显。由图2中可以看出，反应开始30min内，脱色率增加比较快，反应进行到60min时脱色率基本接近最大值，此时COD去除率也基本接近最大值。在以下实验中处理模拟印染废水的适宜反应时间为60min。
2.2.2初始pH值的影响
将500mL浓度为400mg/L的模拟印染废水置于大烧杯中，用稀硫酸和氢氧化钠溶液调节废水初始pH分别为4.0、6.0、7.0、8.0、9.0、11.0、12.0、13.0，通入臭氧化空气进行处理，控制臭氧化空气流量为80L/h，反应60min后取样测定模拟废水中活性艳蓝浓度和COD值，计算脱色率和COD去除率。实验结果如图3。

从图3可以看出，初始pH值为4时，脱色率为85%；随着pH值的增大，脱色率逐渐增大，pH值为12时脱色率达93.6%。这是因为碱性条件能有效去除染料氧化过程中产生的小分子有机酸等中间产物，从而破坏染料分子结构使废水脱色，同时能诱导O3分子产生更多的羟基自由基.OH，加速染料分子氧化反应使其脱色。COD去除率随初始pH值的增加变化不明显，pH值从4增加到12，COD去除率由21.3%增加到27.8%，这是因为O3分子只能把染料中的大分子氧化降解成小分子有机物等中间体，这些有机物仍以小分子状态在水样中而不能完全从水样中除去。本实验中O3处理印染废水的适宜初始pH值为12。
2.2.3臭氧空气流量的影响
将500mL浓度为400mg/L的模拟印染废水置于大烧杯中，调节pH为12，分别调节臭氧化空气流量使其依次为40、80、100、120、160L/h，反应时间为60min。测定处理后水样中活性艳蓝浓度和COD值，计算脱色率和COD去除率。实验结果如图4。

从图4可以看出，当臭氧化空气流量为40L/h时，反应完成后模拟废水呈淡紫色，此时的脱色率为83.2%；臭氧化空气流量为160L/h，反应20min时印染废水呈淡黄色，时间为60min时，印染废水几乎无色，脱色率达96.2%。臭氧化空气流量增加对COD去除率的影响不大，臭氧化空气流量从40L/h增加到160L/h，COD的去除率从20.1%增加到27.8%。从经济和处理效果综合考虑，实验时采用的臭氧化空气流量为80L/h，此时脱色率为92.9%，COD去除率为23.2%。
2.3UV法、O3氧化法、UV/O3联合法效果比较
分别将500mL浓度为400mg/L的模拟印染废水置于3个烧杯中，调节初始pH值为12，用UV法、O3氧化法、UV/O3联合法3种不同的方法进行处理，臭氧化空气流量为80L/h，反应过程中每隔10min取样测定活性艳蓝浓度和COD值，计算脱色度和COD去除率。实验结果如图5。

从图5可以看出，单纯的UV法处理效果非常低。其脱色率只有13%左右，COD去除率为8.8%。说明单独紫外线照射对印染废水中的有机物的降解作用很低。相同条件下，O3氧化、UV/O3联合法处理模拟印染废水的最终处理效果差别不大。O3氧化、UV/O3联合法的脱色率分别达到93.7%和99.4%，COD去除率分别为29.7%和32.0%。UV/O3法与O3法相比，对模拟印染废水的处理速度更快，联合法处理30min脱色率已接近最大值，随后脱色率变化不明显；O3法处理时脱色率在整个过程中都在增加。
2.4染料初始浓度对UV/O3法处理效果的影响
用UV/O3法分别处理初始浓度为100、200、400mg/L的模拟废水。调节pH值为12，臭氧流量控制在80L/h，分别在5、10、20、30min时水样测量水样中活性艳蓝浓度和COD值，计算脱色率和COD去除率。实验结果如图6。

从图6可以看出不同起始浓度废水在同样条件下处理后，其最终脱色率差别不大，处理时间为30min时，脱色率都可达99.0%，初始浓度小的脱色速度更快一些。COD去除率随初始浓度的增加而在减小，处理时间为30min时初始浓度为100mg/L的模拟废水COD去除率最高，可达59.1%。
3.结论
1)与单纯的UV法降解或O3氧化法相比，UV/O3联合法可以明显提高对模拟印染废水的脱色作用；
2)随着反应时间的增加、初始pH值的增加和臭氧化空气流量增加，O3氧化处理印染废水的脱色率和COD去除率随之增加；
3)UV/O3联合法处理模拟印染废水初始浓度为400mg/L时适宜处理工艺为pH值为12，臭氧化空气流量为80L/h，处理时间60min，此时脱色率为99.4%，COD去除率为32.0%。
4)模拟废水的初始浓度越低，处理效果越好。对于低浓度的印染废水UV/O3法处理脱色率为99.0%左右，COD去除率可达59.1%。说明UV/O3法对低浓度废水去除效果更好。