UV/O3工艺深度降解印染废水的研究

Posted 2023-01-12 工艺

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采用UV/O3工艺对印染废水进行了深度降解实验研究。结果表明，UV/O3对印染废水COD的去除效果明显大于O3及UV单独作用的简单加和，UV和O3之间存在协同效应。在pH值为5、O3流量为13L.h-1、紫外光强度为80W、辐射时间为120min的条件下，UV/O3工艺处理印染废水效果较好，对色度及COD的去除率分别达到97%和90%。
印染废水有机物含量高、色度深、成分复杂、毒性大、可生化性差，一直是国内外废水处理的难点之一，达标排放困难。
UV/O3技术始于20世纪70年代，是将臭氧与紫外光辐射结合的一种高级氧化技术。该技术利用臭氧在紫外光照射下分解产生的活性很强的次生氧化剂来氧化有机物，以解决有毒有害且无法生物降解物质的处理问题。自20世纪80年代以来，其研究范围扩大到饮用水的深度处理。目前已成功用于处理农药废水、含氮硫磷的有机化合物废水以及氯化有机污染物等。
作者采用UV/O3工艺对生化处理后的印染废水进行了深度降解的实验研究，考察了主要因素对COD、色度去除效果的影响，为UV/O3工艺降解印染废水的工业实施与控制提供依据。
1 实验
1.1 印染废水水质
实验原水取自浙江某印染厂排污口。该印染废水主要由各类坯布染色后含染料、表面活性剂及助剂的废水组?a href='http://www.baiven.com/baike/222/322309.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>桑黄痉纤泻猩倭咳玖霞敖希纤械挠谢榉侄嘁苑继霸踊坊衔镂柑澹⒋邢陨偶凹曰拧７纤始?。

1.2 仪器
臭氧发生器(臭氧体积分数1.5%)，紫外灯(235nm，20W)，分析天平，紫外可见分光光度计。
1.3 方法
在反应器中加入经物化-生化工艺处理后的印染废水，调节pH值，通入臭氧，紫外照射进行反应。比较在不同pH值、臭氧量和紫外光强度条件下，UV/O3工艺对印染废水COD及色度的去除效果，确定最优UV/O3工艺条件。
比较单独UV、单独O3、UV/O3三种方法的处理效果。
2 结果与讨论
2.1 UV/O3降解印染废水条件的优化
2.1.1 pH值
取水样100mL，在紫外光强度为160W、O3流量为18L.h-1、辐射时间为120min的条件下，考察pH值对COD去除率的影响，结果见图1。

由图1可见，pH值对印染废水的COD去除率有显著的影响。当pH值为3时，降解效果较好，COD去除率为94%；当pH值为8时，COD去除率仅为约70%；当pH值为9时，COD去除率又有所上升。这是因为在UV/O3工艺中，反应为自由基型，随着氧化过程的进行，有机碳不断被降解为无机碳，在酸性环境中，无机碳以CO2的形式逸出；而在碱性环境中则是以HCO-3或CO2-3的形式存在于溶液中，由于这两种离子都是很强的.OH自由基清除剂，因此降低了.OH自由基的浓度，即降低了氧化能力；但当pH值为9时，有利于O3分解产生.OH自由基，因此，COD去除率有所上升。综合考虑，选择适宜的pH值为5。
2.1.2 O3流量
在紫外光强度为160W、pH值为5的条件下，考察O3流量对COD去除率的影响，结果见图2。

由图2可见，废水COD去除率随着O3流量的增加逐渐上升，当O3流量大于13L.h-1时，UV/O3对印染废水COD的去除率稳定在90%以上。这是因为.OH自由基的产生，大大提高了臭氧的氧化能力，使废水COD值降低。因此，选择适宜的O3流量为13L.h-1。
2.1.3 紫外光强度
在O3流量为13L.h-1、pH值为5的条件下，考察紫外光强度对COD去除率的影响，结果见图3。

由图3可见，增大紫外光强度可提高COD去除率，当紫外光强度为80W时，COD去除率达到92%；当紫外光强度超过80W后，COD去除率提高不明显。这可能是因为，O3在紫外光照射下可提供光量子，能更有效诱发自由基型链式反应，提高强氧化性.OH的产率，从而提高了COD的去除率。因此，选择适宜的紫外光强度为80W。
2.2 O3、UV及UV/O3处理印染废水效果对比
在O3流量为13L.h-1、紫外光强度为80W、pH值为5、辐射时间为120min的条件下，UV、O3及UV/O3处理印染废水的COD去除率及色度去除率比较见表2。

从表2可以看出，UV、O3、UV/O3对印染废水的COD去除率大小依次为：UV/O3>O3>UV。UV辐射印染废水120min后COD去除率仅为10%左右，原因是波长200～250nm的紫外线能提供478.2～597.7kJ.mol-1的能量，可以离解大多数有机物的单键，所以能去除部分易降解有机物，导致印染废水COD浓度下降，但印染废水中有大量含双键或共轭双键的物质，需要更高的离解能，UV对此则无能为力。O3氧化印染废水，COD去除率稳定在76%左右，说明O3反应较迅速而且较完全。UV/O3处理印染废水的COD去除率为90%左右，明显大于O3及UV单独作用的简单加和，这说明UV和O3之间存在协同效应。从表2可以看出，UV、O3及UV/O3对印染废水色度去除率的大小依次为：UV/O3>O3>UV。UV/O3及O3对印染废水具有较强的脱色能力，在反应进行120min基本达到完全脱色。O3氧化印染废水，色度去除率稳定在96%左右，说明O3反应较迅速而且较完全。UV/O3处理印染废水的色度去除率为97%左右，略优于单独O3脱色。这是因为，显色的官能团多是共轭不饱和基团，O3及.OH对这种共轭不饱和基团的破坏非常有效，可将其氧化离解，从而使水的颜色消失。UV辐射印染废水120min后色度去除率仅为4%左右，原因同样是UV无法提供足够的能量打开显色基团，从而无法达到脱色的目的。
3 结论
(1)UV/O3对印染废水COD的去除效果明显大于O3及UV单独作用的简单加和，UV和O3之间存在协同效应。
(2)通过对UV/O3工艺处理印染废水主要影响因素的考察，优化了处理条件，在pH值为5、O3流量为13L.h-1、紫外光强度为80W、辐射时间为120min的条件下，处理效果较好，对色度及COD的去除率分别达到97%和90%。
(3)UV/O3工艺可以用于印染废水的深度处理，提高出水水质，增加了回用的可行性。