高級氧化技術在印染廢水處理中的應用

高新金(廣東洋藝建設有限公司，廣東 佛山 528247)

0 引言

紡織行業是我國經濟發展的重要支柱之一，隨著我國經濟的不斷發展，印染企業也得到了迅速發展，印染企業規模擴大的同時，也使得相應的印染廢水排放量增加，逐步成為我國工業廢水的主要組成之一，而且由于印染廢水中含有大量的化學成分，比如說染料、表面活性劑等，使得印染廢水的組成復雜，具有有機物濃度高、堿性強、鹽度高、對微生物有害等特點，增加了印染廢水的處理難度。

1 印染企業的概念

印染是紡織技術中的一種，利用印染技術實現了物理和化學加工的組合，印染技術可以將紡織品的圖案、圖紋以及相應的顏色添加在紡織品中，印染技術的應用能夠大大的豐富紡織品的種類以及色彩。我國自古以來就是紡織大國，隨著科學制造技術的不斷發展，相應的印染企業加工能力也得到了提高，在世界占據比重也越來越大，但是這也導致印染廢水的排放量大大增加，對我國的環境造成了嚴重污染。印染廢水的內部含有的有機成分復雜，對水質的變化影響比較大，而且堿性強，因此處理難度較大。為了實現可持續發展，有關部門需要加強對印染廢水的污染處理。

2 印染廢水處理中高級氧化技術的應用建議

由于印染廢水中的染料穩定性比較高，難降解，加上水溶性比較大，綜合因素導致印染廢水的處理工作難度較大。在這其中最關鍵的處理環節就是實現對有機物以及色度的去除。常用的處理方法包括物理方法、化學方法、生物方法或者采用上述方法結合的方式，一般而言，多采用生化為主，物理或化學法為輔的結合治理方式。主要治理過程包括膜分離、絮凝沉淀、吸附等，上述方法具備工藝成熟、操作簡單的特點，但是核心本質都是將廢水中的有機物轉移到其他物體中，在轉移過程中會消耗大量的化學藥劑，而且會產生二次污染，加上印染廢水中的有機物生化相關性能比較差，所以處理的效果不夠理想，無法達到排放標準。

為了更好的對印染廢水進行污染治理，在80 年代有關研究人員提出了高級氧化技術，高級氧化技術的反應原理是利用羥基自由基在電子轉移以及親電加成的化學反應下，將水中的化學污染物轉化為低毒的中間產物，或者是變為水、二氧化碳等其他無害物質的形式。高級氧化技術具有效率高，對環境的二次污染小，反應速度快，適用面廣，能夠實現對有機物的降解等優勢，因此具有廣闊的應用前景。本文主要針對臭氧氧化技術、Fenton 氧化技術、濕式氧化技術、電化學氧化技術、光催化氧化法、以及超聲波處理技術。接下來一一進行介紹。

2.1 臭氧氧化技術

臭氧氧化法具有設備操作容易，占地面積少，可以實現自動化控制的特點。其反應原理是利用臭氧自身的強氧化性。一方面臭氧本身就能夠對水中有機物進行直接氧化，但該氧化過程的反應速度比較慢，而且具有一定的選擇性；另一方面，臭氧能夠與水中的羥基自由基進行反應，從而可以達到降解有機污染物的目的，同時能夠進行脫色。如果搭配相應的催化劑，能夠使得氧化效果更理想。不過臭氧氧化技術存在的主要問題有臭氧的溶解率比較小，在進行使用時必須進行過量投放。另外由于臭氧的化學性質過于活潑，因此無法提前準備，除此之外，臭氧發生器的能耗比較大，反應效率較低，因此只能夠進行預處理。

目前已有研究發現通過控制廢水的PH 值，可以增加臭氧對廢水染料色度的去除效果。另外可以利用臭氧技術與過氧化氫結合，對廢水進行氧化處理，由于過氧化氫能夠進一步誘導臭氧氧化反應，促使羥基自由基的大量產生，從而發生羥基取代反應，能夠將有機化合物中的發色基團去除，從而實現脫色。

2.2 Fenton氧化技術

Fenton 氧化法又名芬頓氧化法，是由法國一名叫做芬頓的研究者發現的。其反應原理是在酸性的條件下，利用亞鐵離子作為催化劑，進一步催化過氧化氫的分解，產生大量的羥基自由基，這些羥基自由基具備非常強的氧化能力，從而可以對有機物質進行攻擊，破壞染料廢水中的發色基團，使其礦化將其轉換為如二氧化碳的無機化合物，從而降低廢水的色度和COD。該方法常用于處理有機物濃度較高的印染廢水，一般應用于濃縮水的濃縮處理，或者是進行廢水的預處理。芬頓氧化法除了可以利用氧化作用實現去除有機物之外，也能夠通過吸收廢水中鐵離子絡合物，達到去除有機物質的目的。

該方法具有氧化速率高，色度的去除效果好，目標污染物范圍廣等優點，不過芬頓氧化法的運行成本比較高，需要使用較多的試劑，處理廢水的時間較長，過氧化氫的效率低，而且在反應后期亞鐵離子的濃度會增大。在后續的使用中，可以考慮與其他處理工藝進行結合，也可以引進紫外光，或者使用一些過渡金屬離子，從而增強芬頓氧化劑對有機物的氧化降解能力。

2.3 濕式氧化技術

該技術誕生于上個世紀四十年代，首次應用于造紙黑液廢水的處理中，應用結果表明去除CODCr效果良好，去除率達90%以上，因此逐步受到人們的關注與使用。該方法主要反應條件為高溫高壓，以氧氣或者是空氣作為氧化劑，在水中對懸浮有機物進行處理。該方法的優勢在于能夠徹底氧化一些難以被降解的有機物，降低CODCr含量的效果良好，除此之外還可以大大提高廢水的可生化性能，因此常常與生物處理工藝聯合使用。具有氧化速度快，反應徹底，而且不會對環境造成二次污染的特點。但是濕式氧化技術的運行費用比較高，而且對設備的使用條件比較嚴格。為了降低反應條件，近幾年來研究者開始利用一些催化劑來提高反應效率，比如引入過氧化氫作為氧化劑，或者利用Cu 催化濕式氧化技術處理，從而擴大濕式氧化技術的應用范圍，同時也能夠提高廢水的可生化性能。

2.4 電化學氧化技術

該方法起源于上個世紀40 年代。不過當時的條件有限，電力資源比較缺乏，因此導致成本比較高，所以對電化學氧化技術的研究進展比較緩慢。一直到20 世紀80 年代，電力行業實現了快速發展，因此電化學技術也再次走入研究者的視線中。電化學氧化方法主要是在特定的反應儀器中，對其施加外部電場，通過電化學的反應過程，會在內部產生大量的具有強氧化性的自由基，因此可以對廢水中的污染物進行降解。電化學技術具有易控制，操作簡單，無污染的特點，因此被廣泛應用于水處理領域。但是由于電化學的反應過程中過于復雜，而且容易受到電極材料以及污染物濃度的影響，所以要想進一步推廣該方法的應用，需要進行深入研究，加強新型電化學技術機理的創新。

2.5 光催化氧化法

光催化氧化法也是常見的處理印染廢水的方式之一，其工作原理主要是利用在光的照射條件下，電子能夠在半導體催化劑表面產生躍遷，進而生產空穴與光生電子，由于空穴具有很強的氧化性，而光生電子具有很強的還原性，所以能夠與水生成具有強氧化性的化學成分，主要包括超氧負離子及羥基自由基，進而增加化學氧化反應，將難以降解的污染物質進一步氧化，生成水和二氧化碳，目前常用的催化劑包括ZnO、ZnS、TiO2等，其中催化劑TiO2具有催化效率高，催化活性好，耐光腐蝕，成本低等特點，實驗表明，利用納米TiO2光催化氧化法，采用汞燈作為光源的話，其廢水處理后的出水指標可達到廢水回用水標準，而且相應的COD 和色度的去除效果理想。總體而言，該方法具有處理效果高效、無二次污染以及能耗低等特點，但是受到催化劑的限制，無法處理大量廢水，因此無法實現大范圍的推廣應用，尤其是當廢水的懸浮物含量過高時，該方法的處理能力就十分有限，另外，如果將該技術所用的光源拓展到可見光區也是日后應用研究的方向。

2.6 超臨界水氧化

該方法是由美國率先提出的，主要是利用溫度和壓力改變水中有機物的結構，從而實現氧化反應，與上述其他方法相比，超臨界水氧化方法具有處理效率高的特點，并且氧化徹底，能夠有效去除有毒物質，而且適用范圍廣，在處理一些難降解有機物方面，具有很好地效果，經研究發現，對偶氮染料廢水進行處理室，采用超臨界水氧化技術，可以很好的去除廢水色度，而且CODCr最高去除率可達99.09%，處理后的廢水也滿足國家排放標準，由于該處理方法對于溫度和壓力有很高的要求，而且容易發生腐蝕，因此對設備的要求很高，而且該技術的使用成本相較于其他方法而言，成本較高，但是隨著日后對該技術的研究逐漸深入，相信該技術具備更廣闊的應用前景。

2.7 超聲波處理技術

除了上述幾種處理方法之外，近段時間也出現了利用超聲波進行廢水處理的方式，該方法主要是利用超聲波在水下會形成空化氣泡，而空化氣泡在過程和破解的時候會產生局部增溫，高溫在水下會形成熱解效應，同時也會增加大量的羥基自由基，這樣一來就能夠很好的分解有機物。但是目前該技術的應用有限，因為廢水中的有機物結構非常復雜，超聲波無法完成所有廢水的處理，處理效果也不理想，因此一般都會將該技術與其他處理方法相結合應用。

3 結語

隨著科學技術的提高，近幾年來高級氧化技術也取得了進步，與傳統的處理工藝相比，該方法具有氧化效率高，無二次污染，反應速度快等特點。為了更好的提高對印染廢水的處理效果，有關部門應當尋找更為高效的處理方式，從氧化反應的機理著手，考慮將各項處理技術進行合理結合，大力提高自由基的產生率和利用率，從而突破處理瓶頸，降低治理成本，達到經濟高效的目的。