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(guó)水資源短缺,分布不均，近年來(lái)水體污染也在不斷加劇，水資源問題已經(jīng)成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。其中染料廢水由于色度和化學(xué)需氧量含量高,且組成復(fù)雜,染料廢水已成為工業(yè)廢水的主要來(lái)源。據(jù)我國(guó)染料工業(yè)協(xié)會(huì)2012年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2011年上半年,中國(guó)染料總產(chǎn)量為40萬(wàn)噸,2010年產(chǎn)量位居世界前列。在染料加工生產(chǎn)過程中，很難避免物料流失,其比例為產(chǎn)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(fèi),同時(shí)流失的染料對(duì)水體和環(huán)境造成嚴(yán)重污染,對(duì)人類的身體也造成危害。因此對(duì)染料廢水處理成為污水污染控制工程領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[1]。

1 染料廢水

1.1 廢水特點(diǎn)

染料是一種可以在纖維或者是其他物質(zhì)上牢牢著色的化合物。染料的種類高達(dá)數(shù)萬(wàn)種，國(guó)際上常用的染料也有2000多種，這些染料中有很多加工時(shí)工藝復(fù)雜、產(chǎn)量小、伴隨的副反應(yīng)較多，導(dǎo)致染料廢水的數(shù)量大、成分復(fù)雜，同時(shí)對(duì)人和環(huán)境的危害也很大[2]。

1.2 對(duì)環(huán)境的危害

染料廢水排放到自然水體中,廢水中的大量有機(jī)物會(huì)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(biāo),影響水體中水生生物和微生物的生長(zhǎng)繁殖,微生物和水生生物的生長(zhǎng)被抑制會(huì)影響水體的自凈能力,最終破壞水體的生態(tài)。

2 治理方法

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

3 光催化氧化法

3.1 高效節(jié)能

光催化氧化法是半導(dǎo)體的電子在光照下激發(fā)產(chǎn)生電子空穴，進(jìn)而破壞分子的共軛發(fā)色體，達(dá)到破壞分子結(jié)構(gòu)的效果。該技術(shù)手段能幾乎將全部的有機(jī)物在可見光或者紫外光UV下轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水等無(wú)害的簡(jiǎn)單化合物。這種方法使用的設(shè)備簡(jiǎn)單、操作條件易控制、還有著高效節(jié)能、氧化效果強(qiáng)、降解污染物徹底、生成物無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)主要試劑及儀器

表1 主要試劑及儀器

3.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)使用的水樣先經(jīng)過內(nèi)電解預(yù)處理，再采用光催化氧化法即UV/Fenton催化氧化法進(jìn)行處理染料廢水。實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)器是一個(gè)這樣的自制裝置：一個(gè)底面積20平方厘米高35厘米的圓柱形玻璃反應(yīng)器，將防水的紫外燈放在中部。

3.3.1 H2O2用量對(duì)處理效果的影響

取內(nèi)電解法預(yù)處理后的水樣6份各500 m L，將水樣p H調(diào)為4，光照時(shí)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(dāng)加大投加的H2O2量時(shí)，檢測(cè)到的色度和COD的去除率也增大了。實(shí)驗(yàn)中投加H2O2的量達(dá)到64 ml/L時(shí)，即每500 m L廢水中加入32 m L的H2O2，COD和色度的去除率達(dá)到了最大，繼續(xù)加入H2O2后，去除率趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)镠2O2的量少的情況下，產(chǎn)生的自由基少，降解有機(jī)物的能力有限；當(dāng)增加投加H2O2的量后，會(huì)產(chǎn)生足夠的自由基去降解污染物；但是投入過量的H2O2后，H2O2會(huì)俘獲·OH自由基，使得水中去除有機(jī)物的·OH自由基有所減少，因此出現(xiàn)了COD的去除率稍微降低的狀況。故本實(shí)驗(yàn)得出最佳的H2O2投加量為64 ml/L，此時(shí)燃料廢水的色度和COD的去除率分別為40%、70%。

3.3.2 光照強(qiáng)度及光照時(shí)間對(duì)處理效果的影響

取經(jīng)過內(nèi)電解法預(yù)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(qiáng)度調(diào)為11 W、22 W、33 W各3組，同樣光照強(qiáng)度的3組水樣控制不同的光照時(shí)間。

經(jīng)過分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，光照條件下短時(shí)間內(nèi)的時(shí)間和強(qiáng)度對(duì)去除率影響較大，并且光照強(qiáng)度大的達(dá)到最大去除率的時(shí)間最短。但反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)后，時(shí)間的差別趨于一致，當(dāng)光照時(shí)間是 45 min時(shí)，不同光強(qiáng)度下的COD去除率一致達(dá)到75%，而去除色度效果是33 W的最好為56%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于11 W、22 W的去除率。綜上，最佳光照強(qiáng)度33 W，時(shí)間為45 min。

圖1 H2O2投加量對(duì)去除率的影響

4 結(jié)語(yǔ)

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論，經(jīng)過內(nèi)電解法預(yù)處理后的染料廢水，再采用光催化氧化法處理時(shí)的最佳操作條件是：30%的H2O2投加量為64 ml/L，光照強(qiáng)度最好為33 W，處理時(shí)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(yè)大學(xué).2003(01).

[2]姜佩.染料廢水處理技術(shù)研究.中國(guó)海洋大學(xué).2012(04).

[3]陳嬋維,付忠田,于洪蕾,姜彬慧.染料廢水處理技術(shù)進(jìn)展.環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì).2010(04).