光催化技術(shù)在膠印油墨污水處理中的應(yīng)用

施敏敏+冷彩鳳+王崟

油墨是最主要的印刷材料之一，也是目前國(guó)內(nèi)外印刷業(yè)最大的污染源之一。油墨產(chǎn)生的污水主要是由更換油墨、換活兒時(shí)清洗印刷相關(guān)設(shè)備等導(dǎo)致的，例如清洗墨輥、墨槽、滾筒等產(chǎn)生的廢水。雖然單個(gè)印刷企業(yè)的油墨污水排放量較小，但印刷企業(yè)數(shù)量龐大，因此總體排放量巨大，必須引起足夠的重視。

膠印油墨污水排放控制指標(biāo)

在膠印油墨有毒污染物控制方面，根據(jù)國(guó)家最新的《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求 膠印油墨》等要求，禁止膠印油墨中人為添加鉛、鎘、汞、硒、砷、銻、六價(jià)鉻等重金屬物質(zhì)，同時(shí)規(guī)定了鉛、鎘、六價(jià)鉻、汞的限值。綜合考慮，膠印油墨污水的有毒污染物最終確定了六價(jià)鉻、總鉻、總汞、烷基汞、總鉛、總鎘等6項(xiàng)指標(biāo)。

在膠印油墨常規(guī)污染物方面，pH值、色度、懸浮物（SS）、五日生化需氧量（BOD5）、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮和總有機(jī)碳（TOC）等是企業(yè)常規(guī)檢測(cè)最多的指標(biāo)。根據(jù)調(diào)研，油墨生產(chǎn)中使用的溶劑多為容易生物降解的有機(jī)污染物，如甲醇、乙醇、丙酮、丁酮、乙酸乙酯等，可以歸于TOC、COD控制。另外膠印油墨也經(jīng)常使用礦物油、植物油作為重要連結(jié)料，所以將石油類和動(dòng)植物油也列入控制因子，最終控制項(xiàng)目選擇為pH值、色度、懸浮物（SS）、五日生化需氧量（BOD5）、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總有機(jī)碳（TOC）、石油類、礦物油等9項(xiàng)指標(biāo)。這里對(duì)其中幾個(gè)專業(yè)性很強(qiáng)的指標(biāo)進(jìn)行介紹，幫助印刷專業(yè)人員了解。

1.BOD5和COD

BOD5是指水樣在微生物的作用下，在20℃、培養(yǎng)5天的條件下所消耗的溶解氧量。COD是指在強(qiáng)酸并加熱的條件下，經(jīng)重鉻酸鉀氧化處理時(shí)水樣中的溶解性物質(zhì)和懸浮物質(zhì)所消耗的重鉻酸鉀鹽對(duì)應(yīng)的氧的量。

BOD5和COD是綜合指標(biāo)，當(dāng)指標(biāo)較高時(shí)，水體中的溶解氧會(huì)怠盡。這時(shí)，水體不能確保自凈，有機(jī)物容易厭氧發(fā)酵，并釋放出臭氣和有害氣體，導(dǎo)致水體中的魚蝦等水生生物由于缺氧、無(wú)氧而窒息死亡。

2.SS

SS表示用0.45μm濾膜過(guò)濾水樣，經(jīng)103～105℃溫度烘干后的不可濾殘?jiān)俊?/p>

大量懸浮物會(huì)使水體渾濁，透明度降低，影響水生生物的呼吸和代謝，甚至造成魚類窒息死亡。懸浮物過(guò)多還可能造成河道（或航道）阻塞。而且，如果懸浮物中含有大量有機(jī)物，固態(tài)有機(jī)物水解后形成的溶解性有機(jī)物對(duì)水體亦可造成危害。

3.色度

由于色料在油墨配方中所占的比例很少，所以通常色度的指標(biāo)不會(huì)很高，但近年來(lái)隨著有機(jī)顏料的逐步推行，色度有可能成為一個(gè)重要的污染因子，所以對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)加以規(guī)定。

4.NH3-N

氨氮（NH3-N）是指水中以游離氨和銨離子形式存在的氮。

氨氮是造成湖泊、海洋水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要污染物之一。在好氧環(huán)境中，水體中的氨氮可在硝化菌的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛釕B(tài)氮；在無(wú)氧環(huán)境中，水體中存在的硝酸鹽亦可在微生物作用下還原為亞硝酸鹽，乃至氮。水體中氨氮的硝化會(huì)消耗一定量溶解氧，因此氨氮含量高時(shí)可能會(huì)造成水體缺氧（硝化性缺氧），導(dǎo)致魚類等水生生物死亡。此外，水源水體的氨氮含量高時(shí)，將導(dǎo)致自來(lái)水廠的加氯量提高（折點(diǎn)加氯），進(jìn)而形成的過(guò)量氯胺可能會(huì)對(duì)人體健康有影響。

5.TOC

TOC是以有機(jī)物中碳的含量作為表征水體中有機(jī)物總量的綜合性指標(biāo)，其來(lái)源、性質(zhì)及危害基本同COD。

6.石油類、礦物油

從油墨配方來(lái)看，除桐油、亞麻油、蓖麻油、豆油等植物油外，油墨常用的連結(jié)料有汽油、高沸點(diǎn)煤油、潤(rùn)滑油等礦物油，故此類污染比較普遍。

光催化技術(shù)的原理及特點(diǎn)

1.基本原理

光催化技術(shù)是目前研究較多的一項(xiàng)高級(jí)氧化技術(shù)，是光反應(yīng)與催化反應(yīng)的融合，其凈化廢水的能力是基于半導(dǎo)體類催化劑在一定波長(zhǎng)的光照射下具有氧化還原作用而凈化水源。反應(yīng)時(shí)，利用體系中產(chǎn)生的高活性的羥基自由基將大分子的有機(jī)物氧化，使許多化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、微生物難以降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害的可生化降解的小分子物質(zhì)，最終把有機(jī)污染物礦化分解為二氧化碳、水和無(wú)毒害的有機(jī)酸。

2.光催化劑

目前發(fā)現(xiàn)的有光催化活性的物質(zhì)主要是半導(dǎo)體材料，如TiO2、ZnO、α-Fe2O3、ZnS、CdS、WO3、SnO2、SrTiO3等。其中，最有實(shí)用意義的僅有TiO2，因其具有廉價(jià)、易得、無(wú)毒無(wú)害、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗光、腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

TiO2的一個(gè)重要性質(zhì)是可將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。當(dāng)受到紫外光照射時(shí)，TiO2吸收光子，價(jià)帶上的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成分離的電子和空穴，這些自由的電子和空穴具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性。大量研究表明，TiO2半導(dǎo)體光催化劑能夠?qū)⑺涂諝庵械母鞣N有機(jī)污染物深度礦化，如烷烴、醛類、酚類、各種簡(jiǎn)單芳香化合物及相應(yīng)的鹵代物、各種染料、殺蟲(chóng)劑、SO2、H2S、NO等；還能夠?qū)⑺杏卸镜臒o(wú)機(jī)重金屬離子，如Hg2+、Cr6+、Pb2+等，還原成游離態(tài)，使其沉淀回收，減少其危害。另外，TiO2被紫外光激發(fā)后產(chǎn)生的活性超氧自由基和羥基自由基能夠穿透細(xì)菌的細(xì)胞壁，破壞細(xì)胞膜質(zhì)，因此還可以用于抗菌和殺菌。因此，利用TiO2光催化，也被認(rèn)為是一條利用太陽(yáng)能解決世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩大重要問(wèn)題的潛在有效途徑。

3.光催化技術(shù)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的污水處理方法相比，光催化技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，光催化技術(shù)是深度處理技術(shù)，在反應(yīng)過(guò)程中，產(chǎn)生大量高活性的羥基自由基，羥基自由基比普通的化學(xué)氧化劑氧化能力更強(qiáng)，能夠無(wú)選擇性地將污水中的污染物完全分解成CO2、H2O和其他無(wú)毒的無(wú)機(jī)物，并且不產(chǎn)生二次污染。第二，光催化技術(shù)的反應(yīng)條件溫和，由于光催化反應(yīng)是一種物理化學(xué)過(guò)程，一般對(duì)溫度和壓力無(wú)要求，反應(yīng)過(guò)程容易控制。第三，光催化技術(shù)可利用太陽(yáng)光進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，達(dá)到去除污染物的目的，具有發(fā)展太陽(yáng)能的潛力。

正確處理印刷生產(chǎn)中的油墨污水成為印刷企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色印刷不可忽視的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)科學(xué)的方法將油墨污水處理達(dá)標(biāo)排放是印刷企業(yè)面臨的新課題。光催化技術(shù)憑借明顯的節(jié)能高效、污染物降解徹底等特點(diǎn)，有望成為21世紀(jì)環(huán)境污染控制與治理的理想技術(shù)，因此其理應(yīng)成為高濃度有機(jī)廢水治理領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。