2010年我國《第一次全國污染源普查公報》上明確指出，在經(jīng)過(guò)多年的治理之后，印染行業(yè)仍然以129.60萬(wàn)t的COD排放量位居行業(yè)COD排放量的第二位。由此可見(jiàn)，印染行業(yè)傳統處理方法仍然存在著(zhù)未能解決印染行業(yè)水量大、色度高、成分復雜、難降解、生物毒性大等特點(diǎn)〔1〕，因此急需開(kāi)發(fā)新型的治理技術(shù)和方法。近年來(lái)，環(huán)境領(lǐng)域工作者開(kāi)始將高級氧化法應用于處理印染廢水〔2, 3, 4, 5〕。高級氧化法由W. H. Glaze〔6〕首次提出，泛指氧化過(guò)程中有大量羥基自由基參與的深度化學(xué)氧化過(guò)程，其特點(diǎn)是：使用范圍廣、處理效率高、反應迅速、二次污染小，可回收能量及有用物質(zhì)。它的這些優(yōu)點(diǎn)使其在難處理的印染廢水的深度處理中有比較好的應用前景。
1 實(shí)驗部分
為比較兩種典型的高級氧化法——紫外（UV）與超聲波（US）在處理同種模擬印染廢水時(shí)的深度處理效果及理論能耗，采用Fenton試劑（H2O2+Fe2）分別與UV、US聯(lián)合處理模擬印染廢水，研究Fenton試劑投加量、體系pH、反應時(shí)間、體系功率等因素對于模擬印染廢水的脫色率的影響，比較此兩種典型的高級氧化法的處理效果及理論能耗。
1.1 藥品與儀器
染料：均為市售商用染料，包括酸性嫩黃（單偶氮，苯環(huán)結構）、直接桃紅（雙偶氮，蒽環(huán)結構）、直接金駝（三偶氮，苯環(huán)結構）。
試劑：30%H2O2，硫酸亞鐵銨等，均為分析純。
儀器：ZXC-D型紫外線(xiàn)燈，40 W；KQ-100DB型數控超聲波清洗器，頻率40 kHz，功率100 W；722型可見(jiàn)分光光度計；PB-10型pH計；電子天平等。
1.2 實(shí)驗方法
以模擬印染廢水（由偶氮染料酸性嫩黃、直接桃紅、直接金駝配制而成）脫色率為評價(jià)指標，原水初始質(zhì)量濃度均選為100 mg/L，采用單因素實(shí)驗法對兩種典型的高級氧化法進(jìn)行對比，各因素控制量的實(shí)驗順序采用正交實(shí)驗獲得的影響大小順序，控制量的固定值采用正交實(shí)驗中的中間值（H2O2 9 mL/L，Fe2 200 mg/L，pH=5，系統輸入功率 40 W，反應時(shí)間 60 min）。
UV-Fenton法：改變體系H2O2、Fe2投加量、反應初始pH、紫外燈管距離、反應時(shí)間，考察各因素對偶氮染料深度處理的效果。
US-Fenton法：改變體系超聲功率、超聲水浴溫度、反應時(shí)間、H2O2、Fe2投加量、反應初始pH，考察各因素對偶氮染料深度處理的效果。
2 實(shí)驗結果與討論
2.1 H2O2投加量對處理效果的影響
為使UV、US體系的處理效果具有可比性，將體系其他操作條件擬定為一固定值，單獨討論單因素條件影響下兩種高級氧化體系對模擬印染廢水的脫色效果。
兩種體系Fe2投加質(zhì)量濃度均為200 mg/L，初始pH均為5，輸入功率均采用40 W（此時(shí)紫外燈管距液面距離為0），反應時(shí)間60 min時(shí)，單純討論H2O2投加量對處理效果的影響，結果見(jiàn)圖 1。
圖 1 雙氧水投加量對偶氮染料脫色率的影響
由圖 1可見(jiàn)，隨著(zhù)雙氧水投加量的增加，偶氮染料脫色率在兩種高級氧化法處理時(shí)均呈現先增加后降低的趨勢，當采用UV-Fenton法時(shí)，雙氧水的投加量在8.0~10.0 mL/L時(shí)會(huì )使3種不同結構的偶氮染料的脫色率均維持在95%以上。當采用US-Fenton法時(shí)，雙氧水的投加量在3.5~5.0 mL/L時(shí)會(huì )使3種不同結構的偶氮染料的脫色率均維持在95%以上。有研究指出〔7, 8〕，雙氧水在高級氧化法中承擔的作用是向反應體系中提供羥基自由基，本研究也發(fā)現，羥基自由基的提供以及增加對偶氮染料的脫色起到了關(guān)鍵性的主導作用，在研究的范圍內（雙氧水投加量在2~20 mL/L），雙氧水的存在使得偶氮染料的脫色率均維持在70%以上。本研究同時(shí)發(fā)現，由于UV-Fenton系統可向反應體系提供的能量（30 W）低于US-Fenton系統（50 W），加之UV-Fenton系統的反應溫度（室溫）低于US-Fenton系統（55 ℃），因此UV-Fenton系統較US-Fenton系統所需提供的雙氧水量更高。
2.2 Fe2投加量對處理效果的影響
兩種體系雙氧水（30%）投加量均為9 mL/L，初始pH均為5，輸入功率均采用40 W（此時(shí)紫外燈管距液面距離為0），反應時(shí)間60 min時(shí)，單純討論Fe2投加量對處理效果的影響，結果見(jiàn)圖 2。
圖 2 Fe2投加量對偶氮染料脫色率的影響
由圖 2可見(jiàn)，隨著(zhù)Fe2投加量的增加，偶氮染料脫色率在兩種高級氧化法處理時(shí)均呈現先增加后降低的趨勢，這是由于Fe2是Fenton體系催化產(chǎn)生羥基自由基的催化劑，適當的投加量可以保證該實(shí)驗快速有效地進(jìn)行，但投加量過(guò)大，也會(huì )由于H2O2消耗過(guò)快而降低利用率〔9, 10〕。Fe2的投加質(zhì)量濃度在150~250 mg/L時(shí)會(huì )使3種不同結構的偶氮染料的脫色率均維持在90%以上。
2.3 體系初始pH對處理效果的影響
眾多研究結果〔11, 12, 13, 14〕表明，高級氧化法大多數在較低的pH區域內才能夠取得較好的處理率，本研究?jì)煞N體系雙氧水（30%）投加量固定為9 mL/L，Fe2投加質(zhì)量濃度固定為200 mg/L，輸入功率均采用40 W（此時(shí)紫外燈管距液面距離為0），反應時(shí)間60 min時(shí)，對體系初始pH對處理效果的影響做出分析，結果見(jiàn)圖 3。
圖 3 體系初始pH對偶氮染料脫色率的影響
由圖 3可見(jiàn)，無(wú)論UV-Fenton還是US-Fenton，高級氧化法仍然在酸性范圍內取得最佳脫色率，UV-Fenton在體系初始pH=5附近取得3種結構偶氮染料的最佳脫色率；而US-Fenton在體系初始pH=3.5附近取得3種結構偶氮染料的最佳脫色率。US-Fenton對體系的初始pH要求更嚴格。
2.4 反應時(shí)間對處理效果的影響
兩種體系雙氧水（30%）投加量固定為9 mL/L，Fe2投加質(zhì)量濃度固定為200 mg/L，體系初始pH為5，輸入功率均采用40 W（此時(shí)紫外燈管距液面距離為0）時(shí)，體系作用于偶氮染料溶液的時(shí)間對處理效果的影響見(jiàn)圖 4。
圖 4 反應時(shí)間對偶氮染料脫色率的影響
由圖 4可以看出，隨著(zhù)反應時(shí)間的增加，3種結構偶氮染料的脫色率呈線(xiàn)性上升，對于US-Fenton系統來(lái)說(shuō)，當達到較高的脫色率（98.5%）后再延長(cháng)反應時(shí)間，偶氮染料的脫色率也不會(huì )得到大幅度的提高。US-Fenton系統相對UV-Fenton系統達到95%以上脫色率所需反應時(shí)間更短，30 min就可實(shí)現對3種結構偶氮染料的脫色。而UV-Fenton系統實(shí)現95%左右的脫色率則需130 min，因此，當僅考慮反應時(shí)間所耗的能量時(shí)，US-Fenton的應用范圍更廣。
2.5 系統功率對處理效果的影響
兩種體系雙氧水（30%）投加量固定為9 mL/L，Fe2投加質(zhì)量濃度固定為200 mg/L，體系初始pH為5時(shí)，反應時(shí)間60 min，改變US系統超聲波發(fā)生儀的輸出功率，改變UV系統待處理溶液距紫外燈管的距離，使系統輸出功率隨之改變，考察系統輸出功率對處理效果的影響，結果見(jiàn)圖 5。
圖 5 功率對偶氮染料脫色率的影響
由圖 5可以看出，由于待處理溶液距紫外燈管距離可調性有限，UV-Fenton系統可調節的輸出功率變化范圍不大，因此各種結構的偶氮染料脫色率變化也不大，在98.0%~99.5%范圍內波動(dòng)。而US-Fenton系統可調節的輸出功率范圍變化較大（40~80 W），但3種結構的偶氮染料脫色率變化仍不明顯，集中在95.5%~99.8%，也能取得較高的脫色效果。因此，系統輸入功率不必要求過(guò)高，只需維持體系能量正常供給，便可實(shí)現對偶氮染料的脫色。
2.6 溫度對處理效果的影響
UV系統的脫色率均在室溫下獲得，改變US系統超聲波發(fā)生儀的水浴溫度，考察US-Fenton系統溫度對處理效果的影響，結果表明，體系溫度對偶氮染料的處理率影響甚微，無(wú)論在室溫下反應還是升高系統溫度，偶氮染料的脫色率均能達到96%以上，雖然3種結構的偶氮染料均在35~40 ℃附近取得最佳脫色率，但如果原始廢水溫度并不高，也沒(méi)有必要另輸入能量提高待處理廢水溫度。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結論
UV-Fenton與US-Fenton均可產(chǎn)生大量活性粒子，氧化水體中難降解有機污染物，對于典型印染廢水——偶氮染料均可取得95%以上的脫色率；綜合理論試劑投加費用、耗電量以及反應時(shí)間等因素，US-Fenton擁有更好的應用前景。
