武成斐

（山西省長治市縣域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，山西 長治 046300）

0 引言

紡織印染是我國耗水及廢水排放的高污染行業(yè)，80%紡織工業(yè)廢水為印染行業(yè)產(chǎn)生的廢水，約占10%工業(yè)廢水排放量。表面活性劑等有機(jī)物進(jìn)入印染廢水，使其處理難度日益加大，常規(guī)水處理方法難以達(dá)標(biāo)排放[1-2]。在節(jié)能減排的背景下，國家對印染污水的治理力度大大加強(qiáng)，使得印染行業(yè)面臨巨大壓力，因此目前印染行業(yè)亟須解決的問題是通過開發(fā)新型高效水處理技術(shù)來實現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放[3-4]。本文以山西省長治市某紡織印染公司排放的活性黃3RS 印染廢水為研究對象，設(shè)計介質(zhì)阻擋放電（DBD）技術(shù)協(xié)同納米TiO2光催化技術(shù)對該印染廢水進(jìn)行深度處理的實驗研究。

1 實驗材料與方法

1.1 儀器與試劑

主要儀器：Spectrumlab S22PC 分光光度計；B15-3 型智能磁力加熱攪拌器；SH2601 精密酸度計；125W 自整流螢光高壓汞燈。

主要藥品：印染廢水水樣，取自省長治市某紡織印染公司生化池，CODCr為550 mg/L；納米TiO2自制：水配比為2，乙酸配比為3.42，煅燒溫度為577.55 ℃，煅燒時間為3.25 h。

1.2 實驗方法

稱取一定量的以最佳條件制備的納米TiO2粉體加入含10 mL 印染廢水的反應(yīng)釜。接通電源后調(diào)節(jié)輸入功率，使平板電極開始放電。改變納米TiO2粉體投加量、輸入功率、染液初始濃度、初始pH 和初始電導(dǎo)率，在染液中添加一定濃度的無機(jī)陰離子、表面活性劑，考察其對印染廢水脫色效果的影響，并考察體系對不同染料的降解效果。

測定降解過程中COD 值，利用UV-Vis、IR、IC 等分析手段，初步揭示活性黃3RS 的降解機(jī)制。通過電壓-電荷李薩如圖形（放電功率）的測定，考察介質(zhì)阻擋放電等離子體體系（有或無TiO2催化劑）的電學(xué)特性以及降解活性黃3RS 印染廢水的能量效率。

采用響應(yīng)曲面法的中心復(fù)合設(shè)計對納米TiO2粉體制備以及印染廢水的處理工藝進(jìn)行優(yōu)化。介質(zhì)阻擋放電體系引入納米TiO2，以充分利用放電體系的紫外光，考察了添加印染廢水中常見無機(jī)離子及表面活性劑對染液脫色效果的影響，以及該體系對不同印染廢水脫色及納米TiO2重復(fù)利用率的影響[5]；介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)協(xié)同催化技術(shù)降解活性黃3RS 印染廢水，研究反應(yīng)體系中印染廢水的降解機(jī)制及能量利用效率。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對活性黃3RS 的影響

輸入功率、初始pH、初始電導(dǎo)率、無機(jī)陰離子對活性黃3RS 的影響如圖1 所示。

圖1 輸入功率、初始pH、初始電導(dǎo)率、無機(jī)陰離子對活性黃3RS 的影響

由圖1 可知，納米TiO2粉體單獨吸附活性黃3RS染料時，吸附作用不明顯，且無降解作用；介質(zhì)阻擋放電等離子體處理活性黃3RS 染液時，投加納米TiO2粉體的脫色率均大于未投加催化劑時的脫色率，納米TiO2投加量為0.9 g/L 時，脫色率最高，脫色反應(yīng)對不同濃度TiO2投加量下均符合一級反應(yīng)動力學(xué)方程，添加TiO2催化劑后，反應(yīng)速率常數(shù)增加；在相同輸入功率條件下，添加TiO2催化劑時比未添加時的染料脫色率大，在添加相同濃度TiO2催化劑條件下，增大反應(yīng)輸入功率，染料脫色率增大；染液的初始pH 和電導(dǎo)率均對脫色率有影響，低pH 或低電導(dǎo)率有利于染料的脫色；染液中加入CO32-對染料的脫色效果具有一定的抑制作用，SO42-與NO3-不影響染料的脫色效果，而少量Cl-的加入有利于促進(jìn)活性黃3RS 的脫色效果。從圖2 可知，隨著初始濃度的增加，染料脫色率呈下降趨勢，但隨著染液初始濃度的增加，染料的絕對去除量升高。

圖2 初始質(zhì)量濃度對活性黃3RS 的影響

從圖3 可知，未添加表面活性劑的活性黃3RS染液的脫色率明顯大于添加表面活性劑的，且隨著表面活性劑濃度的不斷增加，抑制作用增強(qiáng)；但當(dāng)表面活性劑濃度超過臨界膠束濃度時，對印染廢水脫色的抑制作用有所減緩。

圖3 表面活性劑對活性黃3RS 的影響

2.2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化活性黃3RS 印染廢水處理工藝

圖4-1 顯示在固定初始pH=4.5 和初始電導(dǎo)率750 μS/cm 時輸入功率和納米TiO2投加量對活性黃3RS 脫色效果的影響，可以看出，高輸入功率的介質(zhì)阻擋放電等離子催化體系處理活性黃3RS 脫色率高。

圖4-2 顯示固定輸入功率85 W、初始電導(dǎo)率750 μS/cm 條件下初始pH 和納米TiO2投加量對活性黃3RS 脫色率的影響，可以看出較低的初始pH 的活性黃3RS 染液的脫色率高。

圖4-3 顯示固定輸入功率85W、初始pH=4.5 條件下初始電導(dǎo)率與納米TiO2投加量對活性黃3RS 脫色率的影響，可以看出隨著TiO2投加量的增加活性黃3RS 脫色率增加，但在納米TiO2投加量超過0.85 g/L后，活性黃3RS 脫色率有所降低。

圖4-4 反映了固定納米TiO2投加量0.9 g/L、初始電導(dǎo)率750 μS/cm 時輸入功率和初始pH 對活性黃3RS 脫色率的影響，可以看出輸入功率的影響很大曲面較陡，隨著輸入功率的增大，活性黃3RS 脫色率不斷增加。

圖4-5 反映了固定納米TiO2投加量0.9 g/L、初始pH=4.5 時輸入功率和初始電導(dǎo)率對活性黃3RS脫色率的影響，可以看出輸入功率的影響強(qiáng)烈，而初始電導(dǎo)率對脫色效果影響相對較小。

圖4-6 反映了納米TiO2投加量0.9 g/L、輸入功率85W 時初始pH 和初始電導(dǎo)率對活性黃3RS 脫色率的影響，可以看出在低初始pH 和低初始電導(dǎo)率時活性黃3RS 脫色效果好。

圖4 各因素對活性黃3RS 脫色率影響的響應(yīng)面

3 結(jié)論

納米TiO2粉體單獨吸附活性黃3RS 染料時，吸附作用不明顯，且無降解作用；介質(zhì)陽擋放電等離子體處理活性黃3RS 染液時，投加納米TiO2粉體的脫色率均大于未投加催化劑時的脫色率；納米TiO2投加量為0.9 g/L 時，脫色率最高；脫色反應(yīng)對不同濃度TiO2，投加量下均符合一級反應(yīng)動力學(xué)方程，添加TiO2催化劑后，反應(yīng)速率常數(shù)增加；在相同輸入功率條件下，添加TiO2催化劑時比未添加時的染料脫色率大，在添加相同濃度TiO2催化劑條件下,增大反應(yīng)輸入功率，染料脫色率增大；隨著初始濃度的增加，染料脫色率呈下降趨勢,但隨著染液初始濃度增加，染料的絕對去除量升高；染液的初始pH 和電導(dǎo)率均對脫色率有影響，低pH 或低電導(dǎo)率有利于染料的脫色；染液中加入CO32-對染料的脫色效果具有一定的抑制作用，SO42-與NO3-不影響染料的脫色效果，而少量Cl-的加入有利于促進(jìn)活性黃3RS 的脫色效果；未添加表面活性劑的活性黃3RS 染液的脫色率明顯大于添加表面活性劑的，隨著表面活性劑濃度不斷增加，抑制作用增強(qiáng)；但當(dāng)表面活性劑濃度超過臨界膠束濃度時，對印染廢水脫色的抑制作用有所減緩。中心復(fù)合設(shè)計實驗表明，TiO2投加量、輸入功率、初始pH 和初始電導(dǎo)率4 個因素對印染廢水脫色效果影響主次排序均為：輸入功率>初始電導(dǎo)率>初始pH>TiO2投加量，擬合方程得活性黃3RS 印染廢水脫色的最佳工藝條件為：納米TiO2投加量0.85 g/L、輸入功率100 W、初始pH=3.16、初始電導(dǎo)率500 μS/cm，在此條件下活性黃3RS 脫色率實測值為90.19%。