臭氧氧化處理分散染料實際生產廢水方法研究

羅賢耀

摘要： 文章結合臭氧氧化處理的技術特點，引入臭氧/活性炭聯合技術，采用自制的模擬分散染料廢水，以CODcr和色度為測評指標，通過實驗方法，對比分析不同臭氧氧化處理方法在分散染料廢水處理中的效果，所得結果表明聯合技術具有明顯的應用優勢。

Abstract： Based on the technical characteristics of ozone oxidation treatment， this article introduces ozone/activated carbon combined technology， and adopts self-made simulated disperse dye wastewater， using CODcr and chromaticity as evaluation indicators， and compares and analyzes the effect of different ozone oxidation treatment methods in the treatment of disperse dye wastewater through experimental methods. The obtained results show that the combined technology has obvious application advantages.

關鍵詞：臭氧氧化處理;分散染料;廢水處理;聯合技術

Key words： ozone oxidation treatment;disperse dyes;wastewater treatment;combined technology

中圖分類號：X703? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）02-0226-02

0? 引言

分散染料廢水具有高復雜成分，色度及處理難度大的特點，是高濃度有機廢水較難處理的工業廢水之一，而且，我國作為染料加工生產的大國，其產量占據全球的62%-75%，據數據統計，每噸染料的生產均有2%的產物隨廢水排出，不僅造成染料的大量流失，帶來巨大的經濟損失，并引致環境污染問題。根據美國C.I的分析，分散染料的種類數以萬計，其具有復雜的結構、難降解性及可生化性低的問題，顯性或潛在的毒性巨大，一旦未經處理直接排向水體，將對水體微生物環境及土壤造成明顯的傷害，進而危害人類生存環境，面對如此緊迫形勢，加之節能減排政策的引領，如何高效、清潔的處理分散染料實際生產過程的廢水至關重要。而基于臭氧氧化處理方法可高效的處理難降解或降解時間長的有機物，但具有氧化選擇性的缺點，研究將其與紫外線、活性炭等技術融合，探究其聯合應用的工藝和效果，以期為相關研究提供有效參考。

1? 臭氧氧化廢水處理方法的基本原理

臭氧氧化廢水處理方法是以臭氧氧化劑為基料，對染料廢水進行凈化、消毒滅菌處理，在處理過程中，臭氧與廢水之間產生的反應異常復雜，具體涉及如下反應過程，首先臭氧氣體分子從氣相中擴散至相間界面處，而后兩相中的反應物質濃度在界面達到近似水平時，就會呈現出物理平衡狀態;隨后，臭氧會從相見界面上擴散至液相之中進行化學反應，最終，基于濃度梯度引發反應產物的擴散。在各類生化、物化的作用下，臭氧可將廢水中高分子的有機物轉化為低分子，將非極性物質轉化為極性物質，為此，臭氧并非顯著降低廢水的有機物，但可利用其強氧化性改變有機污染物的結構和性質，將難降解或降解時間過長的有機物轉變為易于氧化講解的小分子物質。

結合以往研究，臭氧氧化主要利用臭氧分子及其水相中分解的羥基自由基，而實現對苯酚、甲苯及苯酚等芳香族化合物具有高效的降解作用，可見，其處理工藝存在兩種路徑，如圖1所示，一是直接氧化，因為臭氧分析自身呈現出親核、親電性等特質，容易與廢水中有機物產生相應反應，進而攻破苯酚、苯胺類污染物官能團的鄰位，進而產生可生物降解的酸類物質;二是，O3分子受到催化作用下產生羥基自由基，進而形成鏈式反應，通過羥基自由基來間接實現氧化作用，達到對各類有機污染物的降解作用，實現廢水處理。

2? 臭氧氧化廢水處理的聯合技術分析

分散染料中難以降解的苯胺類、苯酚類有機物存在一定的生物毒性，而臭氧氧化廢水處理技術，利用O3分子的氧化作用可以公平有機污染物中的不飽和鍵，利用羥基自由基的間接氧化破壞苯環和復雜的雜環結構，將芳香族有機物氧化為長鏈脂肪酸，以此達到廢水的污染物降解。但是臭氧氧化的廢水處理方法，也存在既定缺陷，諸如O3的生產制備成本畸高，但利用效率低，增加了處理成本，且O3與有機污染物的氧化反應存在較強的選擇性，臭氧在短期內或低劑量下，無法將廢水中的有機污染物徹底礦化，氧化效率和處理效果受限。而為提升O3氧化效率，加速分散染料中廢水有機污染物的分解速率，臭氧聯合技術應運而生，研究主要引入以下兩種。

2.1 臭氧/紫外光聯合技術? 臭氧/紫外光聯合技術也即以紫外線為能源，O3分子為氧化劑，讓O3分子在紫外線的催化作用下，分解出更多的·HO來強化O3分子的氧化能力，以提升分散染料廢水中有機污染物的能力。該聯合技術之所以較單獨臭氧氧化處理技術的氧化效率高，是因為在紫外線作用下，廢水中的有機污染物可產生活化反應，而且·HO既可以由O3分子自身分解，也可降解中H2O2催化作用下由O3分子分解產生，由此便可極大的提升廢水有機物的降解效率。

2.2 臭氧/活性炭聯合技術? 活性炭屬于物理吸附法，主要利用活性炭的表面活性，將廢水中的污染物聚集其表面從而達到排污處理的目的，因其具有可重復利用性，是目前分散染料廢水處理中最常用的方法，而臭氧/活性炭聯合技術便充分利用了臭氧氧化與活性炭的吸附效應，先利用臭氧的氧化效應來提升有機物的可生化性，并讓膠體狀、溶解態的有機物產生絮凝生成可沉淀、能濾除的物質，以有效去除廢水中的色度、嗅味、鐵和有機物，而活性炭可吸附廢水中小分子物質和臭氧，利用聚集的臭氧進一步氧化降解有機物，實現廢水的凈化處理。

3? 臭氧氧化處理聯合技術的工藝方法及效果分析

為探究臭氧氧化處理分散染料實際生產廢水的聯合技術，以及其處理效果，研究將采用實驗方法，進行具體分析。

3.1 實驗方法? 實驗中采用的是直徑、高分別為800mm、2000mm的臭氧/紫外光或活性炭發生器，有效容積為1m3，每個40mm在反應器底部由下往上每間隔400mm設定4個取樣口，利用內置氣泵壓縮空氣中的氧化轉化臭氧，且臭氧濃度可通過外部旋轉鈕進行實時調節，最大功率為15g/h。同時，采用密封圓筒作為分散廢水與O3進行氧化的反應器，且內部豎向均勻布設20根紫外光燈，以石英玻璃管罩住，底部為微氣泡發生器，頂部為漏斗式廢氣回收裝置，利用活性炭吸附廢氣中殘留的臭氧，而后排入空氣中。

3.2 實驗材料? 研究采用某分散染料分散藍偶氮實際生產中產生的廢水為研究對象，分散染料生產過程為4步，2-氰基-4-硝基苯胺經加成、氧化閉環后，得到3-氰基-5-硝基苯胺-2-1苯并異噻唑，而后利用硝酰硫酸為重氮化試劑，讓其通過重氮化反映獲得重氮組分，以N-乙基-N-氰乙氧乙基間甲苯胺（Ⅲ）為偶合組分，經由偶合反應得到產品發色體，最后，利用砂磨、分散打漿、噴霧干燥得到所需的分散藍染料。該類染料中廢水主要為蒸餾、水洗、壓濾過程中排出的混合廢水，其包含染料、中間及副產物及有機污染物等，廢水為強酸性，色度為1200-1500倍，總氮為500-550mg/L，氨氮為20-30mg/L。

3.3 實驗指標? CODcr為分散染料廢水中有機污染物的核心參數，研究采用2h哈希快速消解分光光度法，以光度計測定其吸光度，實際測量中將2mL水樣、3ml消解液和定量的HgSO4置入消解管作為Cr掩蔽劑，在150℃下消解2小時后冷卻至常溫，以光度計測定CODcr值。同時，利用紫外分光光度計全波段掃描分散染料廢水，得出最大吸收波長的吸光度來表示精臭氧聯合技術處理后的廢水脫色情況，計算公式為：

上式中，A0、Ai分別為臭氧氧化前及氧化后的吸光度。

3.4 實驗結果? 為驗證單獨臭氧氧化處理廢水方法與臭氧聯合技術方法的差異性，研究選用400mg/L的分散藍染料廢水，純氧流量控制為6g/h，40min處理時間，實驗中，以min為時間單位，分別在0、10、20、30、40、50、60等時間點從反應器取樣，對測量數據進行標號，在同等濃度下利用3種臭氧氧化處理方法進行廢水處理，所得結果如圖2、圖3所示。

結合圖2、圖3可知，在同等的反應時間和廢水濃度條件下，采用單純臭氧氧化、臭氧/紫外光聯合技術、臭氧/活性炭聯合技術等廢水治理方法，對于CODcr去除率及脫色效率最優的為臭氧/紫外光聯合技術，以該聯合技術進行廢水處理方法，效率和效果更優，其可為分散染料實際生產中廢水的凈化排污及節能提供有效支撐。

4? 結束語

臭氧氧化是是分解高濃度、復雜組分的分散染料廢水最常用的方法，但是單純的臭氧氧化方法，表現出較強的選擇性，廢水有機物氧化速率慢，處理效率不高，在實踐應用中存在較大的局限性。為彌補該項不足或缺陷，上述研究融合活性炭、紫外線等生物或化學處理技術，在催化或吸附作用的影響下，可快速降解、去除沉淀的有機危害物、色度等的優勢，將其與臭氧氧化技術聯合，用以改善分散染料廢水處理的工藝方法和流程，且驗證了實際應用效果。

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