印染廢水的臭氧活性炭處理工藝試驗

劉　靜，隋　濤

(濱州學院資源與環境工程學院，山東濱州　256600)

印染廢水是在加工棉、麻、化學纖維及其混紡產品的過程中產生的廢水，具有排污量大、有機污染物含量高、有機物組成復雜、色度高、堿性大、水質差別較大等特點，是當前最難處理的工業廢水之一[1-2]。針對印染廢水的特性，物理化學法和化學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]。

在高級氧化技術中，臭氧氧化技術無二次污染、工藝較為簡單，是一種常用的高級氧化技術[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條件并進行對比，為處理印染廢水工程應用提供重要依據。

1　材料與方法

1.1　試驗裝置

自制試驗裝置如圖1所示。

圖1　臭氧活性炭工藝降解印染廢水的反應裝置

1.2　廢水水質

試驗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10 000 m3，試驗水樣為二沉池出口處采集的生化反應池出水，具體水質指標如表1所示。

表1　印染廢水的水質指標

1.3　分析項目

分析項目包括: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；色度采用稀釋倍數法[5]。

2　結果與討論

2.1　活性炭投加量對處理效果的影響

調節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，反應結束后測定處理后廢水的色度、CODCr、NH3-N的指標，計算相應去除率，結果如圖2所示。去除率最好的是色度，去除率都在75%以上，當投加量為110 mg/L時色度去除率達到最佳為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，在活性炭投加量為110 mg/L時達到最佳，CODCr和NH3-N去除率分別為34.1%和19.9%，之后逐漸趨于穩定。由試驗數據可知，活性炭去除有機物的作用不大，遠不及脫色作用。

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pH達到某個范圍時，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，調節印染廢水的pH值分別至6、7、8、9，活性炭投加量為110 mg/L，反應結束后測定處理后廢水的色度、CODCr、NH3-N的指標，計算相應去除率，用以分析pH對處理效果的影響，結果如圖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，活性炭表面發生了堿性離解，活性炭帶正電，水中有機物的主要官能團如羥基等因失去質子而帶了負電，增強了吸附劑和吸附質之間的黏附作用，從而提高了有機物的去除效果[6]。

2.3　攪拌速度對處理效果的影響

調節印染廢水的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，反應結束后測定處理后廢水的色度、CODCr、NH3-N的指標，計算相應去除率，結果如圖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；在攪拌速度達到120 r/min時，CODCr和NH3-N的去除率達到最佳且趨于穩定，去除率分別為36.4%和28.4%。這是因為攪拌速度的提高使活性炭與印染廢水充分接觸反應，從而提高了去除率；然而攪拌速度過大，活性炭吸附的雜質會解析出來，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

調節印染廢水的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，氧化結束后測定處理后廢水的色度、CODCr、NH3-N的指標，計算相應去除率，結果如圖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時色度去除率達到最佳且趨于穩定，達到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的去除率最優且趨于穩定，分別為67%和59.4%。當臭氧氧化時間在8 min之后，去除效果基本穩定，因此，在實際使用中，考慮經濟合理性，氧化時間應控制在8 min左右為宜。

圖5　臭氧反應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

調節印染廢水的初始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氧化結束后測定處理后廢水中色度、CODCr和氨氮的指標，計算相應的去除率，結果如圖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，水體內臭氧濃度增加，氧化性增強，可以將水中大分子有機物轉變為小分子有機物，便于吸附去除，處理效果有較明顯提升；之后隨著反應進行，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。當臭氧濃度為20 mg/L時，脫色率達到92%，CODCr和NH3-N的去除率分別為69%和62%，之后變化不再明顯。由此可以認為，有機物經過臭氧氧化后極性增強，抑制了后續活性炭吸附效果，CODCr的去除率有所下降。

2.6　活性炭技術、臭氧技術、兩者協同作用對印染廢水處理對比結果分析

調節印染廢水的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，調節印染廢水的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%。兩者聯用后，對印染廢水色度、CODCr、NH3-N的去除率分別為92%、69%和62%。經過分析可以看出，臭氧活性炭聯用去除效果較好，主要考慮染料分子屬于高分子復雜有機物，單獨臭氧處理和單獨活性炭吸附都難以去除。而在兩者聯用工藝中，活性炭促進分解生成羥基自由基的同時，也在其表面富集了反應基質和產物，從而增強了體系的處理能力，而臭氧氧化作用將難降解的大分子有機物氧化成小分子有機物，減小活性炭的有機負荷，并且能在一定程度上保持活性炭表面的清潔度，促進了后者的循環利用[7]。

3　小結

本文采用了活性炭臭氧技術處理印染廢水，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，通過試驗研究，得出以下結論。

(1)臭氧活性炭處理印染廢水的試驗結果表明，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)臭氧活性炭聯用工藝對印染廢水色度、CODCr、NH3-N的去除率要優于單獨活性炭吸附技術和臭氧氧化技術。主要是因為臭氧氧化為活性炭提供了更容易吸附的小分子物質，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.臭氧技術處理印染廢水研究進展[J].工業用水與廢水,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].常州大學學報(自然科學版),2010,22(3):38-41.

[5]國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法[M].4版.北京:中國環境科學出版社,2002:35-110.

[6]熊鷺,李夏蘭,王鎮發,等.活性炭吸附電鍍廢水中CODCr的實驗研究[J].工業水處理,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物去除行為研究[D].上海：華東理工大學,2012.

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