光催化氧化法處理染料廢水研究

李金林（廣東省建筑材料研究院 廣東廣州 510160）

我國水資源短缺,分布不均，近年來水體污染也在不斷加劇，水資源問題已經成為制約國民經濟發展的主要因素。其中染料廢水由于色度和化學需氧量含量高,且組成復雜,染料廢水已成為工業廢水的主要來源。據我國染料工業協會2012年統計數據,2011年上半年,中國染料總產量為40萬噸,2010年產量位居世界前列。在染料加工生產過程中，很難避免物料流失,其比例為產品隨廢水損失占比為2%,印染工藝造成染料損失量更大,這種損失除了造成了資源的很大浪費,同時流失的染料對水體和環境造成嚴重污染,對人類的身體也造成危害。因此對染料廢水處理成為污水污染控制工程領域研究的重點和熱點[1]。

1 染料廢水

1.1 廢水特點

染料是一種可以在纖維或者是其他物質上牢牢著色的化合物。染料的種類高達數萬種，國際上常用的染料也有2000多種，這些染料中有很多加工時工藝復雜、產量小、伴隨的副反應較多，導致染料廢水的數量大、成分復雜，同時對人和環境的危害也很大[2]。

1.2 對環境的危害

染料廢水排放到自然水體中,廢水中的大量有機物會逐漸消耗水體中的DO,造成水體中DO大幅度下降,廢水染料組分很難降解，殘存在水體中,雖然其濃度很低,但是造成水體透光率下降，水體色度超標,影響水體中水生生物和微生物的生長繁殖,微生物和水生生物的生長被抑制會影響水體的自凈能力,最終破壞水體的生態。

2 治理方法

染料廢水的處理一般分為物理法、化學法、生物法及組合法，染料廢水很難處理。從可持續發展的角度考慮，廢水處理的源頭應該從清潔生產開始，通過選用清潔工藝減少污染物的排放,實施重點污染源全過程控制,降低廢水、廢氣、廢渣的產量,提高水資源使用效率,增加產品回收率,控制物料流失，增強物料回收與綜合利用,減少原材料使用,實施源頭控制。到目前為止，國內外處理染料廢水的方法主要還是物理、化學、生物和組合工藝類的方法[3]。

3 光催化氧化法

3.1 高效節能

光催化氧化法是半導體的電子在光照下激發產生電子空穴，進而破壞分子的共軛發色體，達到破壞分子結構的效果。該技術手段能幾乎將全部的有機物在可見光或者紫外光UV下轉化為二氧化碳、水等無害的簡單化合物。這種方法使用的設備簡單、操作條件易控制、還有著高效節能、氧化效果強、降解污染物徹底、生成物無二次污染等優點。

3.2 實驗主要試劑及儀器

表1 主要試劑及儀器

3.3 實驗方法

實驗使用的水樣先經過內電解預處理，再采用光催化氧化法即UV/Fenton催化氧化法進行處理染料廢水。實驗的反應器是一個這樣的自制裝置：一個底面積20平方厘米高35厘米的圓柱形玻璃反應器，將防水的紫外燈放在中部。

3.3.1 H2O2用量對處理效果的影響

取內電解法預處理后的水樣6份各500 m L，將水樣p H調為4，光照時間控制1 h，分別加入30%的H2O220 ml/L、25ml/L、30 ml/L、32 ml/L、35 ml/L、40 ml/L。

當加大投加的H2O2量時，檢測到的色度和COD的去除率也增大了。實驗中投加H2O2的量達到64 ml/L時，即每500 m L廢水中加入32 m L的H2O2，COD和色度的去除率達到了最大，繼續加入H2O2后，去除率趨于穩定。這是因為H2O2的量少的情況下，產生的自由基少，降解有機物的能力有限；當增加投加H2O2的量后，會產生足夠的自由基去降解污染物；但是投入過量的H2O2后，H2O2會俘獲·OH自由基，使得水中去除有機物的·OH自由基有所減少，因此出現了COD的去除率稍微降低的狀況。故本實驗得出最佳的H2O2投加量為64 ml/L，此時燃料廢水的色度和COD的去除率分別為40%、70%。

3.3.2 光照強度及光照時間對處理效果的影響

取經過內電解法預處理后的水樣9份各500 m L，每份加入30%的H2O232 ml/L，依次將光照強度調為11 W、22 W、33 W各3組，同樣光照強度的3組水樣控制不同的光照時間。

經過分析數據發現，光照條件下短時間內的時間和強度對去除率影響較大，并且光照強度大的達到最大去除率的時間最短。但反應時間延長后，時間的差別趨于一致，當光照時間是 45 min時，不同光強度下的COD去除率一致達到75%，而去除色度效果是33 W的最好為56%，遠遠高于11 W、22 W的去除率。綜上，最佳光照強度33 W，時間為45 min。

圖1 H2O2投加量對去除率的影響

4 結語

通過實驗數據得出以下結論，經過內電解法預處理后的染料廢水，再采用光催化氧化法處理時的最佳操作條件是：30%的H2O2投加量為64 ml/L，光照強度最好為33 W，處理時間為45 min。

[1]曹跟華.光催化氧化法處理染料廢水的研究.河北工業大學.2003(01).

[2]姜佩.染料廢水處理技術研究.中國海洋大學.2012(04).

[3]陳嬋維,付忠田,于洪蕾,姜彬慧.染料廢水處理技術進展.環境保護與循環經濟.2010(04).