印染廢水O3-H2O2氧化法處理技術(shù)

印染廢水具有有機污染物含量高、色度大、堿性大、廢水量大、水質(zhì)變化大、生化性差和處理難度大等特點(diǎn)，是導致水環(huán)境污染的重點(diǎn)污染源之一。目前普遍采用混凝沉淀、鐵炭微電解、Fenton試劑氧化等方法單獨或聯(lián)合處理該類(lèi)廢水。但上述方法難以有效降解廢水中的難降解物質(zhì)，廢水色度去除效果不穩定，且容易產(chǎn)生二次污染。高級氧化法與其他傳統水處理技術(shù)相比，具有極大的優(yōu)勢。O3-H2O2高級氧化法主要是利用反應中產(chǎn)生的活性極強的·OH與廢水中難降解的有機物發(fā)生加成、取代、電子轉移或斷鍵等反應，使其降解為小分子有機酸、醛等并最終降解為CO2和H2O，不產(chǎn)生二次污染且反應快、氧化能力強。

本工作比較了O3氧化和O3-H2O2氧化對印染廢水的處理效果，優(yōu)化了O3-H2O2氧化處理印染廢水的最佳工藝條件。

1 實(shí)驗部分

1.1 廢水水質(zhì)

實(shí)驗所用廢水取自山東某染整廠(chǎng)印染車(chē)間。廢水水質(zhì)：pH為9.6，COD為1 400~1 500 mg/L，TOC為253.9 mg/L，色度為2 000倍，BOD5為200~250mg/L，BOD5/COD為0.16，可生化性差。廢水呈深紅色。

1.2 試劑和儀器

實(shí)驗所用試劑均為分析純。實(shí)驗用水為蒸餾水。

CHYF-6A型臭氧發(fā)生器：杭州之江水處理設備廠(chǎng)；PHS-3C型數字pH計：上海精密科學(xué)儀器有限公司；ALC-1100.2型Acculab電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；Multi NC2100型TOC分析儀：德國耶拿分析儀器股份公司；T6新世紀型紫外-可見(jiàn)分光光度計：上海珊科儀器廠(chǎng)。

1.3 實(shí)驗方法

以O2為氣源，經(jīng)過(guò)O3發(fā)生器產(chǎn)生的O3以一定流量通過(guò)反應管底部的曝氣頭均勻曝氣。分次將不同加入量的H2O2（質(zhì)量分數30%）一次性加入到1 L廢水中，將廢水加入進(jìn)水箱，用NaOH溶液或H2SO4溶液調節初始廢水pH，充分混勻后立即用泵將廢水打入反應管中。打開(kāi)O2瓶，調節O3流量，進(jìn)行氧化反應。反應一段時(shí)間后，取樣測定反應后廢水的COD和色度，計算COD去除率和色度去除率。反應后的O3尾氣經(jīng)活性炭吸附后排出。

1.4 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定COD；采用稀釋倍數法測定色度；采用稀釋接種法測定BOD5；采用TOC分析儀測定TOC。

2 結果與討論

2.1 與O3氧化法處理效果的比較

在初始廢水pH為11、O3流量為8 g/h、H2O2加入量為10 mmol/L的條件下，O3氧化法和O3-H2O2氧化法的COD去除率和色度去除率見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)： O3-H2O2氧化法對廢水的COD和色度的去除效果更好；當反應時(shí)間為50 min時(shí)，O3-H2O2氧化法的COD去除率和色度去除率分別為76.02%和95.30%，而O3氧化法的COD去除率和色度去除率僅為38.30%和87.16%。這是由于O3分解產(chǎn)生大量強氧化性、低選擇性的·OH，·OH與廢水中的有機物分子發(fā)生反應。而H2O2的加入加快了·OH的生成速率，使廢水中的·OH產(chǎn)生量和產(chǎn)生速率都明顯提高，進(jìn)一步促進(jìn)氧化反應的進(jìn)行。

2.2 反應時(shí)間對COD去除率和色度去除率的影響

在初始廢水pH為11、H2O2加入量為10 mmol/L，O3流量為8 g/h 的條件下，反應時(shí)間對廢水COD去除率和色度去除率的影響見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)：隨反應時(shí)間延長(cháng)，COD去除率不斷增大；反應60min時(shí)，COD去除率達到最大值，為82.60%；隨反應時(shí)間繼續延長(cháng)，COD去除率逐漸下降。這是因為反應開(kāi)始時(shí)，廢水中的OH-催化O3 分解產(chǎn)生了大量的·OH，將廢水中的各種有機物迅速氧化降解，因而COD去除率升高較快；隨著(zhù)氧化反應的進(jìn)行，OH-不斷被消耗，中間產(chǎn)物小分子有機酸的濃度升高，廢水pH降低，·OH 的量減少，O3 利用率降低，COD去除率下降；另一方面，隨著(zhù)氧化程度的深化，產(chǎn)生了CO23-和HCO3-，對·OH具有“掩蔽”作用，也降低了氧化效率，導致COD去除率下降。

由圖3還可見(jiàn)，隨著(zhù)反應時(shí)間的延長(cháng)，色度去除率迅速提高且一直維持在較高水平。因為廢水的發(fā)色分子可以被O3 直接氧化降解，使廢水迅速脫色。綜合考慮本實(shí)驗適宜的反應時(shí)間為60 min。

2.3 初始廢水pH對COD去除率和色度去除率的影響

在H2O2加入量為10 mmol/L、O3流量為8 g/h、反應時(shí)間為60 min的條件下，初始廢水pH對COD去除率和色度去除率的影響見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)：隨著(zhù)初始廢水pH的升高，COD去除率和色度去除率均逐漸提高；初始廢水pH為11時(shí)，COD去除率最大，為82.57%，色度去除率也最大，為93.50%；初始廢水pH繼續升高，COD去除率反而下降，色度去除率保持不變。這是因為在堿性條件下，·OH的形成主要取決于溶液中OH-濃度的大小，當廢水pH升高時(shí)，OH-濃度增大，生成的·OH不斷增多，對COD的去除率增大。但廢水pH過(guò)高時(shí)，一方面會(huì )增加實(shí)際應用中的操作難度和對設備的要求，另一方面OH- 和氧化產(chǎn)物HCO3-等捕獲·OH，終止自由基鏈反應，使COD 去除率下降。故本實(shí)驗適宜的初始廢水pH為11。

2.4 H2O2加入量對COD去除率和色度去除率的影響

在初始廢水pH為11、O3流量為8 g/h、反應時(shí)間為60 min的條件下， H2O2 加入量對COD去除率和色度去除率的影響見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)：隨H2O2 加入量增加，COD去除率和色度去除率均逐漸升高；當H2O2加入量為13.0 mmol/L時(shí)，COD去除率和色度去除率均達到最大，分別為82.04%和98.12%；繼續增大H2O2加入量，COD去除率和色度去除率均下降。這是因為反應開(kāi)始時(shí)H2O2能離解產(chǎn)生HO2-，它是O3產(chǎn)生·OH的鏈引發(fā)劑，可以使體系中的·OH 的產(chǎn)生量和產(chǎn)生速率明顯提高，廢水中的·OH 濃度持續維持在較高的水平，可進(jìn)一步促進(jìn)氧化反應的進(jìn)行；但是當H2O2的加入量超過(guò)一定范圍后，廢水pH顯著(zhù)降低，使O3分解速率下降，加之H2O2也可捕獲·OH，加入量過(guò)多會(huì )消耗已產(chǎn)生的·OH，使COD去除率降低。故本實(shí)驗適宜的H2O2加入量為13 mmol/L。

2.5 O3流量對COD去除率和色度去除率的影響

在初始廢水pH為11、H2O2加入量為13 mmol/L、反應時(shí)間為60 min的條件下， O3流量對COD去除率和色度去除率的影響見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)：隨著(zhù)O3流量的增加，COD去除率和色度去除率均逐漸升高；當O3流量為6 g/h時(shí)，COD去除率和色度去除率均達到最大，分別為80.39%和98.10%；隨著(zhù)O3流量的繼續增加，COD去除率和色度去除率均逐漸下降。這是因為O3流量增大，水中溶解的O3量不斷增加，被氧化分解的有機物的量也相應增加，故COD去除率和色度去除率均升高。但是O3在水中的溶解度較小，僅為1~2 mg/L，當O3流量達到某一值時(shí)，O3在廢水中達到飽和狀態(tài)，且O3流量過(guò)大后，定量的O3與廢水接觸的時(shí)間減少，使得處理效果變差。故本實(shí)驗適宜的O3流量為6 g/L。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.6 最佳工藝條件下O3-H2O2對廢水的處理效果

在初始廢水pH為11、H2O2加入量為13 mmol/L、O3流量為6 g/h、反應時(shí)間為60 min的最佳工藝條件下，處理后廢水COD為61.50 mg/L，COD去除率為95.73%；廢水色度為5倍，色度去除率為99.75%；TOC為37.84 mg/L，TOC去除率為85.10%；BOD5為22.76 mg/L，BOD5去除率為90.20%；BOD5/COD為0.37。

3 結論

a）分別采用O3氧化法和O3-H2O2氧化法對印染廢水進(jìn)行氧化處理，實(shí)驗發(fā)現O3-H2O2氧化法對廢水的COD和色度的去除效果比O3氧化法更好。

b）在初始廢水pH為11、H2O2加入量為13mmol/L、O3流量為6 g/h、反應時(shí)間為60 min的最佳工藝條件下，處理后廢水COD為61.50 mg/L，COD去除率為95.73%；廢水色度為5倍，色度去除率為99.75%；TOC為37.84 mg/L，TOC去除率為85.10%；BOD5為22.76 mg/L，BOD5去除率為90.20%；BOD5/COD為0.37。