付振來 龐興龍 張紹衛(wèi)

（1廊坊市環(huán)境科學(xué)研究院 河北廊坊 0650002 廊坊市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 河北廊坊 0650003 河北冀都環(huán)保科技有限公司 河北石家莊 050022）

我國(guó)是紡織印染業(yè)的第一大國(guó)，印染行業(yè)是工業(yè)廢水排放大戶，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)印染廢水排放量為在我國(guó)，印染廢水已成為當(dāng)前最主要的水體污染和水資源損失之一。由于水資源的缺乏，廢水處理資源化已提到日程上來，一些廢水經(jīng)處理后出水水質(zhì)較好，將其作為第二水源再進(jìn)行深度處理中水回用，可大大節(jié)約水資源。目前印染廢水的處理方法主要是生物化學(xué)處理法，但廢水中40%--70%的COD主要?dú)埩粑锛吧仍趥鹘y(tǒng)的生物處理后需要進(jìn)行深度處理，利用物理化學(xué)工藝來進(jìn)一步去除染料廢水中的COD和色度的研究也在深入報(bào)道[2]，經(jīng)生化處理后的廢水，其主要影響水質(zhì)的因素是COD，達(dá)到中水回用節(jié)約水資源的目的，去除COD是關(guān)鍵。

到目前為止，應(yīng)用于實(shí)際的中水回用的方法已有較快發(fā)展，但仍比較有限。超聲降解水體中的化學(xué)污染物，尤其是難降解有機(jī)污染物，是近年來發(fā)展的一項(xiàng)新型水處理技術(shù)。活性炭是多孔及大表面積的物質(zhì)，具有聚大的表面積，所以才有明顯的吸附能力和再生性，對(duì)水中溶解性有機(jī)物，以及生物法和化學(xué)法難以去除的有機(jī)物都有較強(qiáng)的去除效果。對(duì)超聲波處理后的廢水用活性炭進(jìn)行吸附可進(jìn)一步去除水中雜質(zhì)，更大程度地降低廢水中的COD，使廢水更潔凈，更利于回用。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 超聲波法

超聲波是一種高頻機(jī)械波，具有波長(zhǎng)較短，能量集中的特點(diǎn)，其頻率一般在2 x 104-5 x 106HZ之間。超聲降解水體中的有機(jī)污染物是近年來開始研究的一項(xiàng)新型水處理技術(shù)，不僅可以改善反應(yīng)條件，加快反應(yīng)速度和提高反應(yīng)產(chǎn)率，還能使一些難以進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。它集高級(jí)氧化、焚燒、超臨界氧化等多種水處理技術(shù)的特點(diǎn)于一體，可單獨(dú)或與其它技術(shù)聯(lián)合使用，加之操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備的要求較低，常常應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，特別是在處理廢水中毒性高，難降解的有機(jī)污染物，加快有機(jī)污染物的降解速度，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水污染物的無害性，避免二次污染的影響上具有重要意義,是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ乃幚砑夹g(shù)，具有良好的應(yīng)用前景[3]。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)使用超聲波降解水體中有機(jī)污染物雖然具有操作簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn)，但從能量消耗來看，不是很經(jīng)濟(jì)，且降解速度較慢。為了提高其降解速度同時(shí)降低費(fèi)用，一些學(xué)者相繼研究了幾種超聲波與其它處理技術(shù)相結(jié)合的新工藝[45]，目前處于探索階段。

1.2 活性炭法

活性炭是多孔及大表面積的物質(zhì)，具有聚大的表面積，所以才有明顯的吸附能力和再生性，對(duì)水中溶解性有機(jī)物，以及生物法和化學(xué)法難以去除的有機(jī)物都有較強(qiáng)的去除效果[6]?；钚蕴康谋缺砻娣e可達(dá)500-1700 m2/g，活性炭小孔的表面積占比表面積的95%以上，所以吸附量主要受小孔支配。粉末活性炭吸附水中溶質(zhì)分子是一個(gè)復(fù)雜的過程,是幾種力綜合作用的結(jié)果,包括離子吸引力、范德華力、化學(xué)雜和力[7]。根據(jù)吸附的雙速率擴(kuò)散理論認(rèn)為,吸附是一個(gè)由迅速擴(kuò)散和緩慢擴(kuò)散兩階段理論認(rèn)為,吸附是一個(gè)由迅速擴(kuò)散和緩慢擴(kuò)散兩階段構(gòu)成的雙速過程,迅速擴(kuò)散的數(shù)小時(shí)內(nèi)即完成,發(fā)揮了60%～80%活性炭的吸附容量。迅速擴(kuò)散是溶質(zhì)分子在碳粒內(nèi)沿徑向均勻分布的阻力小的大孔隙中擴(kuò)散的過程。當(dāng)分子從大孔進(jìn)一步進(jìn)入與大孔相通的微孔中擴(kuò)散時(shí),由于受到狹窄孔徑所產(chǎn)生的很大阻力,從而極為緩慢。影響粉末活性炭吸附的因素涉及溶質(zhì)分子極性、分子量大小、空間結(jié)構(gòu),這一點(diǎn)取決于水源水質(zhì)的特征?；钚蕴繉?duì)不同的物質(zhì)分子具有選擇吸附性。

2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

2.1 印染廢水水樣：取自高陽某印染廠已生化處理過的排水。

2.2 藥劑：活性炭（粉狀）。

表2 -1活性炭（粉狀）成分一覽表

2.3 儀器：新芝JY 98-3 D超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)、變幅桿探頭直徑20 mm(工作頻率20-25 KHz,輸出功率20-900 W連續(xù)可調(diào))、CODCr測(cè)定裝置。

3 實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果

超聲波-活性炭法處理。

3.1 超聲波法對(duì)水樣的處理

圖2 -1超聲時(shí)間對(duì)CODCr去除率的影響

3.1.1 實(shí)驗(yàn)過程

（1）超聲時(shí)間對(duì)CODCr去除率的影響

各取 100 ml印染廢水水樣，全程超聲波處理25 min，每次僅改變超聲波的作用時(shí)間，其結(jié)果如圖2 -2所示。

由圖2 -1可以看出，改變超聲時(shí)間，對(duì)于CODCr去除率是有影響的，隨著超聲時(shí)間的增長(zhǎng)，CODCr的去除率呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，但是3 s后，增長(zhǎng)的趨勢(shì)已不明顯，所以，最佳的超聲時(shí)間為3 s。

（2）超聲全程時(shí)間對(duì)CODCr去除的影響

取100 ml印染廢水水樣，6份，分別進(jìn)行超聲波處理，在頻率為400 HZ、超聲時(shí)間為3 s、間歇時(shí)間為1.5 s、保護(hù)溫度為40℃、實(shí)測(cè)溫度為30℃、功率范圍為480---600 W條件下，改變超聲波全程作用的時(shí)間，所得數(shù)據(jù)如表2 -2所示。

表2 -2 CODCr去除率與超聲作用時(shí)間長(zhǎng)的關(guān)系

超聲時(shí)間與CODCr去除率的關(guān)系如圖2 -2所示。

3.1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)論與分析

圖2 -2超聲全程時(shí)間與CODCr去除率的關(guān)系

（1）在超聲全程時(shí)間為5 min時(shí)，CODCr雖時(shí)間延長(zhǎng)去除率下降，原因可能是在此時(shí)間段中，超聲波將大分子有機(jī)物化學(xué)鍵打開，使其成為小分子有機(jī)物，在CODCr測(cè)定過程中被檢測(cè)出。

（2）超聲全程時(shí)間對(duì)CODCr去除率有較大影響，整體趨勢(shì)是與去除率成正比，最終趨于平緩，最佳超聲時(shí)間為25 min，CODCr的去除率達(dá)到65%--70%之間。

（3）超聲時(shí)間對(duì)CODCr去除率也有很大關(guān)系，整體上去除率隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，但最佳超聲時(shí)間為3 s。

3.2 活性炭法對(duì)超聲廢水的處理

3.2.1 實(shí)驗(yàn)過程

（1）加入活性炭的量對(duì)CODCr去除率的影響

取 100 m L超聲水樣，十份，分別加入 0.5 g、1 g、1.5 g、2 g、2.5 g、3 g、3.5 g、4 g、4.5 g、5 g活性炭，攪拌 10 min,過濾，測(cè)定 CODCr，計(jì)算 CODCr去除率，結(jié)果見圖2 -3所示。

圖2 -3活性炭加入的量對(duì)CODCr去除率的影響

由圖4 可知，隨著活性炭量的增加，CODCr的去除率逐漸增大，最終趨近于一個(gè)值不變。但在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)選用一個(gè)適當(dāng)?shù)幕钚蕴康挠昧浚饶苡行У娜コ?CODCr量，又能節(jié)省藥劑，由圖2 -3可知2 g時(shí)比較合適。

（2）加入活性炭后攪拌時(shí)間對(duì)CODCr去除率的影響

取100 m L超聲水樣，6份，均加入2 g活性炭，分別攪拌1 min、2 min、5 min、8 min、10 min、12 min，過濾，測(cè)定各水樣的 CODCr值，并計(jì)算相應(yīng)的去除率，結(jié)果如表2 -3所示：

表2 -3各水樣的CODCr及相應(yīng)去除率

活性炭量與CODCr去除率的關(guān)系如圖2 -4所示。

圖2 -4活性炭攪拌時(shí)間與CODCr去除率的關(guān)系

3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）用活性炭對(duì)有機(jī)物濃度不高的廢水進(jìn)行處理，有較好的效果，在100 ml水中加入2 g活性炭，攪拌5 min，CODCr的去除率可達(dá)到70%以上，超聲后用活性炭進(jìn)行再處理最終去除率可達(dá)到90%，廢水中CODCr可降至24 mg/l以下。

（2）活性炭處理時(shí)，加入活性炭的量對(duì)CODCr的去除有較大的影響，p H=7且廢水有機(jī)物濃度不高時(shí)，活性炭的最佳投放量為0.004 g CODCr/g活性炭；

（3）加入活性炭后，進(jìn)行攪拌的時(shí)間對(duì)吸附效果有一定的影響，5 min以后，隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)，去除率增長(zhǎng)變緩慢。

4 結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，用超聲波處理已生化處理過的印染廢水能夠達(dá)到較好的處理效果，其可使CODCr的量降至80 mg/L左右，活性炭對(duì)CODCr較低的廢水進(jìn)行凈化的效果較好，在CODCr為80 mg/L條件下，其去除率仍可達(dá)到70%左右，用超聲波-活性炭聯(lián)用的方法對(duì)印染廢水進(jìn)行深度處理有很好的處理效果，在實(shí)驗(yàn)條件下，CODCr去除率最高達(dá)到90%，CODCr降低到24 mg/L以下。

本實(shí)驗(yàn)為先進(jìn)性超聲波處理再進(jìn)行活性炭吸附，效果很好，但與先進(jìn)行活性炭吸附再進(jìn)行超聲波處理相比哪個(gè)效果更好有待于進(jìn)一步研究。超聲波降解水體中有機(jī)污染物雖然具有操作簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn)，但從能量消耗來看，不是很經(jīng)濟(jì)，且降解速度較慢。用超聲波與活性炭連用對(duì)印染廢水進(jìn)行深度處理有很好的處理效果，但吸附后的活性炭的再生還有待與進(jìn)一步研究。

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[3]趙朝成，張英，趙東風(fēng).超聲/臭氧氧化處理含酚廢水實(shí)驗(yàn)研究.油氣田環(huán)境保護(hù)2002.9(11):26-29.

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