劉　靜，隋　濤

(濱州學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東濱州　256600)

印染廢水是在加工棉、麻、化學(xué)纖維及其混紡產(chǎn)品的過程中產(chǎn)生的廢水，具有排污量大、有機(jī)污染物含量高、有機(jī)物組成復(fù)雜、色度高、堿性大、水質(zhì)差別較大等特點(diǎn)，是當(dāng)前最難處理的工業(yè)廢水之一[1-2]。針對印染廢水的特性，物理化學(xué)法和化學(xué)氧化法是染料廢水處理的主要方法，其中高級氧化法和活性炭吸附就是常用的處理方法[3]。

在高級氧化技術(shù)中，臭氧氧化技術(shù)無二次污染、工藝較為簡單，是一種常用的高級氧化技術(shù)[4]。本研究通過活性炭吸附及臭氧活性炭組合工藝處理印染廢水，探討各種試驗(yàn)因素對處理效果的影響，分析臭氧活性炭工藝處理印染廢水的最佳反應(yīng)條件并進(jìn)行對比，為處理印染廢水工程應(yīng)用提供重要依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)裝置

自制試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1　臭氧活性炭工藝降解印染廢水的反應(yīng)裝置

1.2　廢水水質(zhì)

試驗(yàn)用水取自濱州市一印染廠，該印染廠采用水解酸化、上流式厭氧污泥床、活性污泥法、混凝沉淀法處理后出水，處理水量達(dá)10 000 m3，試驗(yàn)水樣為二沉池出口處采集的生化反應(yīng)池出水，具體水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1　印染廢水的水質(zhì)指標(biāo)

1.3　分析項(xiàng)目

分析項(xiàng)目包括:CODCr、NH3- N、色度。其中CODCr采用重鉻酸鉀法測定；NH3-N采用納氏試劑光度法；色度采用稀釋倍數(shù)法[5]。

2　結(jié)果與討論

2.1　活性炭投加量對處理效果的影響

調(diào)節(jié)印染廢水活性炭投加量分別為20、50、80、110 mg/L和150 mg/L，暫不通入臭氧，反應(yīng)結(jié)束后測定處理后廢水的色度、CODCr、NH3-N的指標(biāo)，計(jì)算相應(yīng)去除率，結(jié)果如圖2所示。去除率最好的是色度，去除率都在75%以上，當(dāng)投加量為110 mg/L時色度去除率達(dá)到最佳為85%，這說明活性炭的吸附效果好，對色度的去除有著良好效果；CODCr和NH3-N去除率效果相對較差，隨著活性炭投加量的增加，去除效果增強(qiáng)，在活性炭投加量為110 mg/L時達(dá)到最佳，CODCr和NH3-N去除率分別為34.1%和19.9%，之后逐漸趨于穩(wěn)定。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，活性炭去除有機(jī)物的作用不大，遠(yuǎn)不及脫色作用。

圖2　活性炭投加量對印染廢水處理效果的影響

2.2　pH值對處理效果的影響

溶液pH對吸附效果有所影響，溶液pH控制了酸性或堿性化合物的離解度，當(dāng)pH達(dá)到某個范圍時，這些化合物就要離解，影響對這些化合物的吸附，此外被吸附的溶質(zhì)其溶解效果也可能受到pH的影響。

圖3　pH值對印染廢水處理效果的影響

因此，調(diào)節(jié)印染廢水的pH值分別至6、7、8、9，活性炭投加量為110 mg/L，反應(yīng)結(jié)束后測定處理后廢水的色度、CODCr、NH3-N的指標(biāo)，計(jì)算相應(yīng)去除率，用以分析pH對處理效果的影響，結(jié)果如圖3所示。色度在不同pH條件下去除率相差不大，基本都在80%以上；而針對CODCr和NH3-N的去除率，隨著pH的改變有所波動。當(dāng)pH值小于7時，去除效果變化不大；在pH值為7～9時，去除率有所增加；在pH值為9時，達(dá)到最佳去除率分別為35.79%和28.1%；之后隨著pH的增加，去除效果趨于穩(wěn)定。由此可以看出，pH的變化對廢水脫色率沒有太大影響，但是可能由于在堿性范圍內(nèi)，活性炭表面發(fā)生了堿性離解，活性炭帶正電，水中有機(jī)物的主要官能團(tuán)如羥基等因失去質(zhì)子而帶了負(fù)電，增強(qiáng)了吸附劑和吸附質(zhì)之間的黏附作用，從而提高了有機(jī)物的去除效果[6]。

2.3　攪拌速度對處理效果的影響

調(diào)節(jié)印染廢水的pH值至9、活性炭投加量為110 mg/L、攪拌速度分別為80、100、120、140 r/min和160 r/min，暫不通入臭氧，反應(yīng)結(jié)束后測定處理后廢水的色度、CODCr、NH3-N的指標(biāo)，計(jì)算相應(yīng)去除率，結(jié)果如圖4所示。色度的去除率在不同的攪拌速度條件下，去除率達(dá)到80%以上，說明活性炭對色度的吸附效果明顯；隨著攪拌速度的提高，污染物的去除率增加；在攪拌速度達(dá)到120 r/min時，CODCr和NH3-N的去除率達(dá)到最佳且趨于穩(wěn)定，去除率分別為36.4%和28.4%。這是因?yàn)閿嚢杷俣鹊奶岣呤够钚蕴颗c印染廢水充分接觸反應(yīng)，從而提高了去除率；然而攪拌速度過大，活性炭吸附的雜質(zhì)會解析出來，去除率反而下降。

圖4　攪拌速度對印染廢水處理效果的影響

2.4　臭氧通入時間對處理效果的影響

調(diào)節(jié)印染廢水的pH值至9、活性炭投加量為110 mg/L、攪拌速度在120 r/min的條件下，控制臭氧氧化時間分別為2、4、6、8、10 min，氧化結(jié)束后測定處理后廢水的色度、CODCr、NH3-N的指標(biāo)，計(jì)算相應(yīng)去除率，結(jié)果如圖5所示。隨著氧化時間的增加，臭氧對色度的去除率增加，在8 min時色度去除率達(dá)到最佳且趨于穩(wěn)定，達(dá)到90%，印染廢水的脫色效果明顯。隨著臭氧氧化時間的延長，CODCr和NH3-N的去除率逐漸提高，8 min時CODCr和NH3-N的去除率最優(yōu)且趨于穩(wěn)定，分別為67%和59.4%。當(dāng)臭氧氧化時間在8 min之后，去除效果基本穩(wěn)定，因此，在實(shí)際使用中，考慮經(jīng)濟(jì)合理性，氧化時間應(yīng)控制在8 min左右為宜。

圖5　臭氧反應(yīng)時間對印染廢水處理效果的影響

2.5　臭氧濃度對臭氧氧化效果的影響

調(diào)節(jié)印染廢水的初始pH值至9、活性炭投加量為110 mg/L、攪拌速度在120 r/min的條件下，控制臭氧濃度為5、10、15、20、25 mg/L，8 min氧化結(jié)束后測定處理后廢水中色度、CODCr和氨氮的指標(biāo)，計(jì)算相應(yīng)的去除率，結(jié)果如圖6所示。

圖6　臭氧濃度對印染廢水處理效果的影響

考慮臭氧作為一種氣體在水中不能完全溶解，投加量不同，水體溶解的臭氧濃度不一致，但是臭氧在一定體積水體中溶解度一定，開始時隨著通入臭氧濃度增加，水體內(nèi)臭氧濃度增加，氧化性增強(qiáng)，可以將水中大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿佑袡C(jī)物，便于吸附去除，處理效果有較明顯提升；之后隨著反應(yīng)進(jìn)行，水體臭氧濃度飽和，尾氣逸出量隨之增加，臭氧利用率降低，對廢水處理效果趨于平穩(wěn)。當(dāng)臭氧濃度為20 mg/L時，脫色率達(dá)到92%，CODCr和NH3-N的去除率分別為69%和62%，之后變化不再明顯。由此可以認(rèn)為，有機(jī)物經(jīng)過臭氧氧化后極性增強(qiáng)，抑制了后續(xù)活性炭吸附效果，CODCr的去除率有所下降。

2.6　活性炭技術(shù)、臭氧技術(shù)、兩者協(xié)同作用對印染廢水處理對比結(jié)果分析

調(diào)節(jié)印染廢水的pH值至9、活性炭投加量為110 mg/L、攪拌速度在120 r/min的條件下，對印染廢水色度、CODCr、NH3-N的去除率分別為81.5%、36.4%和28.4%；將臭氧直接通入印染廢水，調(diào)節(jié)印染廢水的pH值至9、臭氧為20 mg/L、通入時間為8 min的條件下，對印染廢水色度、CODCr和NH3-N的去除率分別為80%、39.9%和29.4%。兩者聯(lián)用后，對印染廢水色度、CODCr、NH3-N的去除率分別為92%、69%和62%。經(jīng)過分析可以看出，臭氧活性炭聯(lián)用去除效果較好，主要考慮染料分子屬于高分子復(fù)雜有機(jī)物，單獨(dú)臭氧處理和單獨(dú)活性炭吸附都難以去除。而在兩者聯(lián)用工藝中，活性炭促進(jìn)分解生成羥基自由基的同時，也在其表面富集了反應(yīng)基質(zhì)和產(chǎn)物，從而增強(qiáng)了體系的處理能力，而臭氧氧化作用將難降解的大分子有機(jī)物氧化成小分子有機(jī)物，減小活性炭的有機(jī)負(fù)荷，并且能在一定程度上保持活性炭表面的清潔度，促進(jìn)了后者的循環(huán)利用[7]。

3　小結(jié)

本文采用了活性炭臭氧技術(shù)處理印染廢水，探究了活性炭投加量、pH、攪拌時間、氧化時間和臭氧濃度對處理效果的影響，通過試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論。

(1)臭氧活性炭處理印染廢水的試驗(yàn)結(jié)果表明，pH值為9、攪拌速度120 r/min、活性炭投加量為110 mg/L、臭氧濃度為20 mg/L和氧化時間為8 min的條件下，印染廢水能得到較好的處理，色度、CODCr和氨氮的去除率分別為92%、69%和62%。

(2)臭氧活性炭聯(lián)用工藝對印染廢水色度、CODCr、NH3-N的去除率要優(yōu)于單獨(dú)活性炭吸附技術(shù)和臭氧氧化技術(shù)。主要是因?yàn)槌粞跹趸癁榛钚蕴刻峁┝烁菀孜降男》肿游镔|(zhì)，加之活性炭對臭氧的催化作用，可提高臭氧的氧化速率[8]。

[1]鄭廣宏,于蕾,夏邦天,等.臭氧技術(shù)處理印染廢水研究進(jìn)展[J].工業(yè)用水與廢水,2009,2(40):6-9.

[2]Erick Butler,Yung Tse Hung,Mohammed Al Ahmad,etal.Treatment and management of industrial dye wastewater for water resources protection[J].Natural Resources and Control Processes,2016(17):187-232.

[3]李昊,周律,李濤,等.臭氧氧化法深度處理印染廢水生化處理出水[J].化工環(huán)保,2012,32(1):32-33.

[4]蔡華,李克林,陳毅忠,等.活性炭催化臭氧氧化深度處理印染廢水[J].常州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,22(3):38-41.

[5]國家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].4版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2002:35-110.

[6]熊鷺,李夏蘭,王鎮(zhèn)發(fā),等.活性炭吸附電鍍廢水中CODCr的實(shí)驗(yàn)研究[J].工業(yè)水處理,2012,32(1):45-46.

[7]錢飛躍.基于臭氧氧化的印染廢水生化出水的深度處理組合工藝及有機(jī)物去除行為研究[D].上海：華東理工大學(xué),2012.

[8]沈擁軍,蘇平,歐昌進(jìn).臭氧/活性炭組合工藝降解甲基紅印染廢水的試驗(yàn)研究[J].廣東化工,2011,38(11):81-83.