超聲波-活性炭印染廢水深度處理的實驗研究

付振來 龐興龍 張紹衛(wèi)

（1廊坊市環(huán)境科學研究院 河北廊坊 0650002 廊坊市環(huán)境監(jiān)測站 河北廊坊 0650003 河北冀都環(huán)保科技有限公司 河北石家莊 050022）

我國是紡織印染業(yè)的第一大國，印染行業(yè)是工業(yè)廢水排放大戶，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國印染廢水排放量為在我國，印染廢水已成為當前最主要的水體污染和水資源損失之一。由于水資源的缺乏，廢水處理資源化已提到日程上來，一些廢水經(jīng)處理后出水水質(zhì)較好，將其作為第二水源再進行深度處理中水回用，可大大節(jié)約水資源。目前印染廢水的處理方法主要是生物化學處理法，但廢水中40%--70%的COD主要殘留物及色度在傳統(tǒng)的生物處理后需要進行深度處理，利用物理化學工藝來進一步去除染料廢水中的COD和色度的研究也在深入報道[2]，經(jīng)生化處理后的廢水，其主要影響水質(zhì)的因素是COD，達到中水回用節(jié)約水資源的目的，去除COD是關(guān)鍵。

到目前為止，應(yīng)用于實際的中水回用的方法已有較快發(fā)展，但仍比較有限。超聲降解水體中的化學污染物，尤其是難降解有機污染物，是近年來發(fā)展的一項新型水處理技術(shù)?；钚蕴渴嵌嗫准按蟊砻娣e的物質(zhì)，具有聚大的表面積，所以才有明顯的吸附能力和再生性，對水中溶解性有機物，以及生物法和化學法難以去除的有機物都有較強的去除效果。對超聲波處理后的廢水用活性炭進行吸附可進一步去除水中雜質(zhì)，更大程度地降低廢水中的COD，使廢水更潔凈，更利于回用。

1 實驗原理

1.1 超聲波法

超聲波是一種高頻機械波，具有波長較短，能量集中的特點，其頻率一般在2 x 104-5 x 106HZ之間。超聲降解水體中的有機污染物是近年來開始研究的一項新型水處理技術(shù)，不僅可以改善反應(yīng)條件，加快反應(yīng)速度和提高反應(yīng)產(chǎn)率，還能使一些難以進行的化學反應(yīng)得以實現(xiàn)。它集高級氧化、焚燒、超臨界氧化等多種水處理技術(shù)的特點于一體，可單獨或與其它技術(shù)聯(lián)合使用，加之操作簡單，對設(shè)備的要求較低，常常應(yīng)用于環(huán)境保護領(lǐng)域，特別是在處理廢水中毒性高，難降解的有機污染物，加快有機污染物的降解速度，實現(xiàn)工業(yè)廢水污染物的無害性，避免二次污染的影響上具有重要意義,是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ乃幚砑夹g(shù)，具有良好的應(yīng)用前景[3]。近年來，研究者發(fā)現(xiàn)，單獨使用超聲波降解水體中有機污染物雖然具有操作簡單、方便等優(yōu)點，但從能量消耗來看，不是很經(jīng)濟，且降解速度較慢。為了提高其降解速度同時降低費用，一些學者相繼研究了幾種超聲波與其它處理技術(shù)相結(jié)合的新工藝[45]，目前處于探索階段。

1.2 活性炭法

活性炭是多孔及大表面積的物質(zhì)，具有聚大的表面積，所以才有明顯的吸附能力和再生性，對水中溶解性有機物，以及生物法和化學法難以去除的有機物都有較強的去除效果[6]。活性炭的比表面積可達500-1700 m2/g，活性炭小孔的表面積占比表面積的95%以上，所以吸附量主要受小孔支配。粉末活性炭吸附水中溶質(zhì)分子是一個復雜的過程,是幾種力綜合作用的結(jié)果,包括離子吸引力、范德華力、化學雜和力[7]。根據(jù)吸附的雙速率擴散理論認為,吸附是一個由迅速擴散和緩慢擴散兩階段理論認為,吸附是一個由迅速擴散和緩慢擴散兩階段構(gòu)成的雙速過程,迅速擴散的數(shù)小時內(nèi)即完成,發(fā)揮了60%～80%活性炭的吸附容量。迅速擴散是溶質(zhì)分子在碳粒內(nèi)沿徑向均勻分布的阻力小的大孔隙中擴散的過程。當分子從大孔進一步進入與大孔相通的微孔中擴散時,由于受到狹窄孔徑所產(chǎn)生的很大阻力,從而極為緩慢。影響粉末活性炭吸附的因素涉及溶質(zhì)分子極性、分子量大小、空間結(jié)構(gòu),這一點取決于水源水質(zhì)的特征?；钚蕴繉Σ煌奈镔|(zhì)分子具有選擇吸附性。

2 實驗儀器和設(shè)備

2.1 印染廢水水樣：取自高陽某印染廠已生化處理過的排水。

2.2 藥劑：活性炭（粉狀）。

表2 -1活性炭（粉狀）成分一覽表

2.3 儀器：新芝JY 98-3 D超聲波細胞粉碎機、變幅桿探頭直徑20 mm(工作頻率20-25 KHz,輸出功率20-900 W連續(xù)可調(diào))、CODCr測定裝置。

3 實驗過程與結(jié)果

超聲波-活性炭法處理。

3.1 超聲波法對水樣的處理

圖2 -1超聲時間對CODCr去除率的影響

3.1.1 實驗過程

（1）超聲時間對CODCr去除率的影響

各取 100 ml印染廢水水樣，全程超聲波處理25 min，每次僅改變超聲波的作用時間，其結(jié)果如圖2 -2所示。

由圖2 -1可以看出，改變超聲時間，對于CODCr去除率是有影響的，隨著超聲時間的增長，CODCr的去除率呈現(xiàn)增大的趨勢，但是3 s后，增長的趨勢已不明顯，所以，最佳的超聲時間為3 s。

（2）超聲全程時間對CODCr去除的影響

取100 ml印染廢水水樣，6份，分別進行超聲波處理，在頻率為400 HZ、超聲時間為3 s、間歇時間為1.5 s、保護溫度為40℃、實測溫度為30℃、功率范圍為480---600 W條件下，改變超聲波全程作用的時間，所得數(shù)據(jù)如表2 -2所示。

表2 -2 CODCr去除率與超聲作用時間長的關(guān)系

超聲時間與CODCr去除率的關(guān)系如圖2 -2所示。

3.1.2實驗結(jié)論與分析

圖2 -2超聲全程時間與CODCr去除率的關(guān)系

（1）在超聲全程時間為5 min時，CODCr雖時間延長去除率下降，原因可能是在此時間段中，超聲波將大分子有機物化學鍵打開，使其成為小分子有機物，在CODCr測定過程中被檢測出。

（2）超聲全程時間對CODCr去除率有較大影響，整體趨勢是與去除率成正比，最終趨于平緩，最佳超聲時間為25 min，CODCr的去除率達到65%--70%之間。

（3）超聲時間對CODCr去除率也有很大關(guān)系，整體上去除率隨著超聲時間的延長而增大，但最佳超聲時間為3 s。

3.2 活性炭法對超聲廢水的處理

3.2.1 實驗過程

（1）加入活性炭的量對CODCr去除率的影響

取 100 m L超聲水樣，十份，分別加入 0.5 g、1 g、1.5 g、2 g、2.5 g、3 g、3.5 g、4 g、4.5 g、5 g活性炭，攪拌 10 min,過濾，測定 CODCr，計算 CODCr去除率，結(jié)果見圖2 -3所示。

圖2 -3活性炭加入的量對CODCr去除率的影響

由圖4 可知，隨著活性炭量的增加，CODCr的去除率逐漸增大，最終趨近于一個值不變。但在實際應(yīng)用中，應(yīng)選用一個適當?shù)幕钚蕴康挠昧浚饶苡行У娜コ?CODCr量，又能節(jié)省藥劑，由圖2 -3可知2 g時比較合適。

（2）加入活性炭后攪拌時間對CODCr去除率的影響

取100 m L超聲水樣，6份，均加入2 g活性炭，分別攪拌1 min、2 min、5 min、8 min、10 min、12 min，過濾，測定各水樣的 CODCr值，并計算相應(yīng)的去除率，結(jié)果如表2 -3所示：

表2 -3各水樣的CODCr及相應(yīng)去除率

活性炭量與CODCr去除率的關(guān)系如圖2 -4所示。

圖2 -4活性炭攪拌時間與CODCr去除率的關(guān)系

3.2.2 實驗結(jié)果

（1）用活性炭對有機物濃度不高的廢水進行處理，有較好的效果，在100 ml水中加入2 g活性炭，攪拌5 min，CODCr的去除率可達到70%以上，超聲后用活性炭進行再處理最終去除率可達到90%，廢水中CODCr可降至24 mg/l以下。

（2）活性炭處理時，加入活性炭的量對CODCr的去除有較大的影響，p H=7且廢水有機物濃度不高時，活性炭的最佳投放量為0.004 g CODCr/g活性炭；

（3）加入活性炭后，進行攪拌的時間對吸附效果有一定的影響，5 min以后，隨著攪拌時間的延長，去除率增長變緩慢。

4 結(jié)語

本實驗結(jié)果顯示，用超聲波處理已生化處理過的印染廢水能夠達到較好的處理效果，其可使CODCr的量降至80 mg/L左右，活性炭對CODCr較低的廢水進行凈化的效果較好，在CODCr為80 mg/L條件下，其去除率仍可達到70%左右，用超聲波-活性炭聯(lián)用的方法對印染廢水進行深度處理有很好的處理效果，在實驗條件下，CODCr去除率最高達到90%，CODCr降低到24 mg/L以下。

本實驗為先進性超聲波處理再進行活性炭吸附，效果很好，但與先進行活性炭吸附再進行超聲波處理相比哪個效果更好有待于進一步研究。超聲波降解水體中有機污染物雖然具有操作簡單、方便等優(yōu)點，但從能量消耗來看，不是很經(jīng)濟，且降解速度較慢。用超聲波與活性炭連用對印染廢水進行深度處理有很好的處理效果，但吸附后的活性炭的再生還有待與進一步研究。

[1]高蓉著，夏明芳，尹協(xié)東等.臭氧氧化法處理印染廢水.污染防治技術(shù) 2003,12（16）：4.

[2]Li.X.Z;Zhao.Y.GAdvancedtreatmentofdyeingwastewaterforreuse.Water Scienceand Technology 1999.39(10-11):249-255.

[3]趙朝成，張英，趙東風.超聲/臭氧氧化處理含酚廢水實驗研究.油氣田環(huán)境保護2002.9(11):26-29.

[4]烏錫康.有機化工廢水治理技術(shù).北京:化學工業(yè)出版社，1997.

[5]胡文容.超聲強化臭氧氧化偶氮染料的脫色效能.中國給水排水，1995,15(11):1-4.

[6]仝貴蟬,吳天寶,云桂春等.活性炭吸附用于城市污水地下回灌深度處理[J].給水排水,1999,25(10):16-19.

[7]蔣展鵬.環(huán)境工程，高等教育出版社.