臭氧-微電解工藝處理活性偶氮染料廢水的效能與作用機(jī)制.pdf

1、紡織印染行業(yè)在產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)亦會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。隨著新型染料與助劑的開發(fā)和使用，使得印染廢水的處理難度不斷增加，在更嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)（《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4287-2012）表2）即將執(zhí)行的情況下，以生物法為主的印染廢水處理技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，而高成本亦限制了現(xiàn)有深度處理技術(shù)的應(yīng)用。針對(duì)印染廢水達(dá)標(biāo)排放的問題，將改進(jìn)的微電解填料與臭氧（ozone，O3）相結(jié)合，構(gòu)成新型的臭氧/微電解工藝，以期充分發(fā)揮微電解（inte

2、rnal electrolysis，IE）與臭氧的優(yōu)勢(shì)及協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)印染廢水的達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)解決微電解填料存在的鈍化、板結(jié)和成本高等問題。并對(duì)臭氧與微電解的工藝耦合方式及處理效能，臭氧/微電解體系中的作用機(jī)制、典型活性偶氮染料活性艷紅2的降解產(chǎn)物和反應(yīng)途徑，工藝運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化和實(shí)際廢水的處理成本等內(nèi)容進(jìn)行了研究。
　　首先，臭氧與微電解的耦合方式和工藝效能的對(duì)比研究結(jié)果顯示，臭氧/微電解工藝（ozonated internal e

3、lectrolysis, OIE）相比以空間、時(shí)間先后順序耦合的工藝形式（O3+IE和IE+O3）具有更高的處理效能，當(dāng)色度和有機(jī)物去除效果相當(dāng)時(shí)反應(yīng)時(shí)間縮短一半。OIE工藝可有效控制出水中苯胺和硝基苯的含量，并實(shí)現(xiàn)了活性偶氮染料廢水的達(dá)標(biāo)排放。OIE工藝處理 COD濃度為120 mg/L的典型偶氮染料活性艷紅2模擬廢水時(shí)，反應(yīng)1小時(shí)即可使廢水的色度和COD分別降至30倍和60mg/L以下。OIE體系中較少被檢測(cè)到的中間產(chǎn)物及其很低的濃

4、度證實(shí)該工藝具有高效去除有機(jī)物的能力。
　　其次，OIE體系集成了由臭氧、零價(jià)鐵和活性炭三者耦合而成的復(fù)雜體系，其作用機(jī)制包括了臭氧氧化、鐵炭微電解、鐵的催化臭氧化和活性炭的協(xié)同作用等。該體系能夠產(chǎn)生更多的自由基，具有更強(qiáng)的氧化能力。其中，染料脫色主要是臭氧的氧化作用，而耦合體系中多種作用的相互促進(jìn)則大幅提高了對(duì)有機(jī)物的去除率。O3、IE和OIE體系中對(duì)氯苯甲酸的降解規(guī)律對(duì)比分析結(jié)果顯示，OIE體系中對(duì)氯苯甲酸的降解速率最快，并認(rèn)

5、為是由于OIE體系中產(chǎn)生了更多的自由基，但對(duì)氯苯甲酸作為自由基的定量分析時(shí)結(jié)果偏低。此外，苯酚的生成被認(rèn)為是OIE體系中生成的羥基自由基（?OH）參與染料降解過程的結(jié)果，苯酚的生成量可以間接反應(yīng)體系中?OH的生成量，而苯酚因降解速率高亦很難用于?OH的定量分析。
　　再次，OIE體系填料中鐵離子的溶出速率與廢水的pH值相關(guān)，當(dāng)pH>7時(shí)，臭氧/微電解工藝出水中的總鐵離子濃度低于10mg/L。臭氧雖會(huì)加速微電解填料上鐵的溶出，但由于

6、反應(yīng)時(shí)間的大幅縮短、體系對(duì)溶液 pH環(huán)境的調(diào)節(jié)作用以及微電解與臭氧的協(xié)同作用使得鐵離子的溶出總量?jī)H為單獨(dú)微電解的1/4。若以 OIE體系反應(yīng)過程中鐵離子的溶出速率估算（10mg/(L·h)），微電解填料的使用壽命約為10年。鐵離子形成的氫氧化物在微電解填料表面累積是造成填料鈍化和板結(jié)的根本原因，但因OIE體系中鐵離子溶出量的大幅降低，有效克服了填料鈍化和板結(jié)問題。
　　最后，OIE工藝運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化研究和成本分析表明，OIE工藝處

7、理活性偶氮染料廢水的最佳參數(shù)為：COD初始濃度低于120mg/L、pH=6-9、臭氧投加速率為1.0-1.5 mgO3/(L·min)。OIE工藝將某印染廢水生化單元后出水（COD=120mg/L，色度=400倍）處理達(dá)標(biāo)時(shí)（COD=60mg/L，色度=30倍）的估算成本為0.86元/噸，低于常用的芬頓工藝（1.59元/噸）和單獨(dú)臭氧工藝（1.05元/噸）。
　　綜上，OIE工藝作為難降解活性偶氮染料廢水的深度處理工藝時(shí)，能夠高效