臭氧-多孔材料對活性藍X-BR模擬廢水脫色性能的研究

劉 豪

（武漢紡織大學外經(jīng)貿(mào)學院，武漢 430200）

臭氧-多孔材料對活性藍X-BR模擬廢水脫色性能的研究

劉 豪

（武漢紡織大學外經(jīng)貿(mào)學院，武漢 430200）

活性藍X-BR這種活性染料是色澤鮮艷的綠光藍色粉末，其水溶性較好，價格適中，得到了廣泛使用。利用活性藍X-BR制成的廢水，其色度易識別，擁有較大的溶解性，分子結構穩(wěn)定。本文選取臭氧氧化-改性多孔材料法對活性藍X-BR廢水進行處理，以實驗室自制模擬染料廢水為研究對象。通過不斷實驗，筆者觀察了臭氧氧化對模擬染料廢水的脫色效果，同時觀察了臭氧催化氧化的脫色效果。

印染廢水；臭氧；催化氧化；活性藍X-BR

隨著印染工業(yè)的高速發(fā)展，全國每天都會排出3×106m3的印染廢水，其總量就占總廢水量的10%。全國第一次污染源考察顯示，在39個行業(yè)中，紡織印染行業(yè)COD排放量上升了兩位，回用率在所有國內(nèi)行業(yè)中的名次是最后一位。與發(fā)達國家相比，我國紡織印染業(yè)的單位耗水量是其1.5～2.0倍，單位排污總量則是其1.2～1.8倍[1]。

1 印染廢水的特點和處理方法

印染廢水主要有以下特點：水量大、有機污染物含量高、色度深、堿性和pH值變化大、水質(zhì)變化劇烈[2]。正是由于印染企業(yè)生產(chǎn)品種的多樣性及生產(chǎn)工藝的多樣性，其廢水具有上述的特點，因而處理含染料的廢水比較困難，需要特別的工藝技術[3]。印染廢水的處理方法主要有三種：物理法、化學法、生物法。

1.1 物理法

物理法是指將污染物轉(zhuǎn)移而實現(xiàn)凈化水體的作用，但由于其不能將污染物消除，因此人們常常將其作為染料廢水的預處理方法，以便從廢水中回收染料分子、降低鹽度及金屬離子含量，提高其可生化性[4]。

1.1.1 吸附法

吸附法適合于低濃度印染廢水的深層處理，具有投資小、方法簡便、成本低的特點，適合中小型印染廠廢水的處理[5]。近年來，經(jīng)過對活性炭吸附過程的深化研究，人們對其了解也越發(fā)深入，在吸附機理和活性炭預處理技術方面建樹很大[6]。

1.1.2 膜分離法

膜分離法是指運用膜的選擇性，即透過物質(zhì)的特性，使染料廢水中的染料分子與水分子分離，從而達到廢水的處理目標。大量助劑、鹽、脂類物質(zhì)存在于染料廢水中，這會導致膜堵塞、污染，因此人們大多會使用超濾-納濾協(xié)同處理染料廢水，這項工藝的脫色效率達到95%，鹽截留率是80%。將這兩種過濾方式進行結合，能降低膜的損耗，確保單位時間內(nèi)的流量，使膜的運行時間延長，處理效果提升。反滲透技術主要用來處理較大分子量和非電解質(zhì)污染物。

1.1.3 磁分離法

磁分離法是指通過對磁場的應用把物質(zhì)分離的方法，這個方法是通過應用元素或組分磁敏感性的差異來解決問題的，依靠外磁場對物質(zhì)進行磁場處理，從而達到強化分離進程的目的。

1.2 化學法

化學法是處理廢水的重要方法之一，其主要有：氧化法、電解法、混凝法及近年來發(fā)展的協(xié)同法等。

1.2.1 氧化法

就目前來看，化學氧化處理印染廢水相對比較成熟。氧化劑應用較多的有Fenton試劑（Fe2+，H2O2）、臭氧、氯氣和次氯酸鈉。1894年，法國人HJH Fenton發(fā)現(xiàn)Fe2+/H2O2的這個組合可在酸性條件下（pH=2～5）可將酒石酸氧化，因而將此體系命名為芬頓試劑，后人為了紀念他，將該組合取名為Fenton試劑。

1.2.2 電化學法

電化學能夠通過應用把陰極恢復到原樣的辦法來處理污染物，有陰極直接還原和陰極間接還原兩種辦法。利用這種方法，高毒性的Cr6+能夠在陰極接受電子轉(zhuǎn)變恢復成Cr3+，或者是Cr2+，這能夠減少許多毒性。

1.2.3 混凝法

混凝法的基本原理是將混凝劑投送到廢水中，其逐漸在廢水中聚集成膠團，與廢水里面的膠體物質(zhì)產(chǎn)生電中和，絮凝團因此產(chǎn)生。

2 試驗方法與步驟

2.1 儀器與試劑

試劑：實驗室配置1 600 mL染料廢水（活性藍X-BR每次取1.0 g），稀硫酸，稀NaOH溶液，聚乙二醇，NaOH（AR），鐵粉，鋅粉，納米級二氧化鈦，酒精。

儀器：電動搖床，250 mL容量瓶，100 mL容量瓶，500 mL容量瓶，1 000 mL容量瓶，2 000 mL容量瓶，100 mL量筒，ST368-1電熱鼓風干燥箱，濾膜，分液漏斗，漏斗，注射器，擦鏡紙，蒸餾水制備機，臭氧發(fā)生器，曝氣頭，濾紙，手套等相關儀器。

2.2 試驗步驟

2.2.1 活性藍X-BR染料廢水的配置

根據(jù)需要，配置以下試劑：0.625 g/L活性藍X-BR溶液。用稱量天平稱取1.0 g活性藍染料放入2 000 mL容量瓶，加蒸餾水至1 600 mL刻線。這時pH在4.0左右，吸光度為0.497。

2.2.2 單獨通入臭氧氧化

將配制好的原溶液，通入臭氧20 min，靜置該溶液10 min，此時用分光光度計測得吸光度為0.233，計算得去除率為53.1%，符合該試驗的研究標準。

2.2.3 多孔材料的投加

配制5瓶1 600 mL容量的活性藍X-BR染料廢水，打開分光光度計，預熱20 min，用膠頭滴管分別取少量試液滴入比色皿中，調(diào)至540 mm波長，A=100，取蒸餾水測量吸光度歸零矯正，然后分別測量5瓶活性藍X-BR染料廢水吸光度并記錄下來并編號1，2，3，4，5。

往1，2，3，4，5號量筒中分別加入2、4、6、8、10不同數(shù)量的多孔材料。

通入臭氧20 min到量筒中曝氣，曝氣完成后靜置量筒10 min，間隔三次取樣然后測量曝氣后活性藍X-BR染料廢水的吸光度并計算去除率。

2.2.4 水浴溫度的控制

配制5份1 600 mL容量的活性藍X-BR染料廢水，然后放入2 000 mL量筒內(nèi)，用膠頭滴管分別在五瓶染料廢水中取少量試液滴入比色皿中，打開分光光度計，預熱20 min，調(diào)至540 mm波長，A=100，取蒸餾水測量吸光度歸零矯正，然后分別測量5份量筒內(nèi)活性藍X-BR染料廢水吸光度并記錄下來，將5份染料廢水分別編號1，2，3，4，5。

接著，將量筒內(nèi)1 600 mL活性藍X-BR染料廢水倒入水浴加熱器的鐵筒內(nèi)。打開水浴加熱器開關進行預熱，1，2，3，4，5號活性藍X-BR染料廢水分別水浴加熱到25℃，30℃，35℃，40℃，45℃，然后通入臭氧曝氣20 min，曝氣完成后，靜置10 min，然后用膠頭滴管間隔時間取樣三次，測定曝氣后活性藍X-BR染料廢水的吸光度，記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)并計算去除率。

2.2.5 酸堿度pH值的控制

配置6份1 600 mL容量的活性藍X-BR染料廢水置于2 000 mL量筒內(nèi)，用膠頭滴管分別取少量染料廢水試液滴入比色皿中，打開分光光度計，預熱20 min，調(diào)至540 mm波長，A=100，取蒸餾水測量吸光度歸零矯正，然后分別測量6瓶活性藍X-BR染料廢水吸光度并記錄下來編號1，2，3，4，5，6。

用稀硫酸和氫氧化鈉將6份活性藍X-BR染料廢水的pH值分別調(diào)至酸或堿的環(huán)境，控制pH值變量在1～12，經(jīng)過硫酸和鹽酸試劑的作用，用酸堿濃度測試儀確定6份活性藍X-BR染料廢水pH值分別為1.94，2.24，6.12，7.94，8.55，10.62，然后通入臭氧曝氣20 min，曝氣完成后靜置10 min，間隔三次取樣然后測量曝氣后活性藍X-BR染料廢水的吸光度，記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)并計算去除率。

2.2.6 改性材料的附著與投加

配制3份1 600 mL容量的活性藍X-BR染料廢水并置于2 000 mL量筒內(nèi)，用膠頭滴管分別取染料廢水少量試液滴入比色皿中，打開分光光度計，預熱20 min，調(diào)至540 mm波長，A=100，取蒸餾水滴入比色皿中，測量吸光度歸零矯正，然后分別測量3瓶活性藍X-BR染料廢水吸光度并記錄下來，同時將3份染料廢水編號1，2，3。

3 試驗的結果與分析

3.1 最佳多孔材料投入量的確定

在編號1，2，3，4，5的5個量筒中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過曝氣后的活性藍X-BR染料廢水1、2號量筒較深，3、4號量筒中顏色較淺，5號量筒中顏色略深。其去除率的計算公式為：去除率=（原液吸光度－曝氣后溶液吸光度）/原液吸光度×100%，計算結果如表1所示。

表1 最佳多孔材料投入量的確定

由表1可知，最佳投入多孔材料數(shù)量為6時，臭氧曝氣后染料廢水的去除率最高，為61.8%，活性藍X-BR染料廢水的脫色性能最好。

3.2 最佳反應溫度的確定

試驗現(xiàn)象：經(jīng)觀察，3號量筒內(nèi)活性藍X-BR染料廢水顏色最淺，2號、4號量筒內(nèi)廢水顏色比1號量筒內(nèi)略深，1號、5號量筒內(nèi)染料廢水顏色最深，經(jīng)分光光度計取樣三次測量曝氣后染料廢水的吸光度。

試驗結論：分析試驗現(xiàn)象可知，當溫度在25℃～35℃左右時，去除率明顯上升，到35℃達到最大為77.2%，而45℃時去除率驟降，降到了64.6%。所以，由試驗結果可知：在35℃左右時，模擬染料廢水的去除率最高，脫色性能最好。

3.3 最佳pH值的確定

試驗現(xiàn)象：5號、6號量筒內(nèi)的染料廢水顏色明顯比其他量筒要淺，1號、2號、3號、4號量筒相比，3號量筒內(nèi)染料廢水顏色最淺，其次是4號，接下來就是1號、2號量筒的顏色最深。

試驗結論：由試驗現(xiàn)象可知，當pH值在1～6時，染料廢水的去除率隨著pH值的升高而增高，當pH值在6～8時，染料廢水的去除率隨著pH值的升高而降低；當pH值在8～11時，臭氧曝氣后的溶液去除率最高，脫色性能最好，超過8，就逐漸趨于平緩。整個試驗數(shù)據(jù)說明，弱酸或強堿條件下的臭氧曝氣效果比較好，而強酸與強堿對比，堿性條件下更好，可見堿性條件更適合臭氧催化氧化。

3.4 最佳改性材料的確定

試驗現(xiàn)象：1號、2號、3號量筒中的活性藍染料廢水顏色都很淺，3號量筒中液體顏色還帶有微微藍色，1號和2號量筒中廢水顏色呈淡黃色，其中1號比2號顏色略深。經(jīng)分光光度計測量測得曝氣后廢水溶液吸光度，結果如表2所示。

表2 控制改性材料數(shù)據(jù)

4 結論

三種改性材料均可以提高臭氧的氧化性能，其中鋅粉對活性藍X-BR染料廢水溶液的脫色性能影響最強，效果最好。根據(jù)金屬活動性順序，鋅離子的活性大于鐵離子。鋅離子在水中能更多地置換染料廢水中的離子，提高去除率。二氧化鈦中Ti-O鍵極性較大，表面吸附的水容易因為極化發(fā)生分解形成羥基，這提高了二氧化鈦吸附染料廢水的能力，為多孔材料的改性創(chuàng)造條件。

1 李耀華.印染過程中的清潔生產(chǎn)問題研究[A].中國環(huán)境科學學會.2010中國環(huán)境科學學會學術年會論文集（第二卷）[C].北京：中國環(huán)境科學出版社，2010.761-764.

2 馬玉萍.印染廢水深度處理工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].工業(yè)用水與廢水，2013，44（4）：1-5.

3 王 錦.芻議印染廢水處理技術與發(fā)展趨勢[J].輕工設計，2011，（3）：120.

4 陳玉峰.物理法處理染料廢水的研究進展[J].煤炭與化工，2013，（3）：72-74.

5 于清躍.印染廢水處理研究進展[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2011，37（8）：41-43.

6 萬 柳，徐海林.活性炭吸附法處理重金屬廢水研究進展[J].能源環(huán)境保護，2011，25（5）：20-22.

Study on Decolorization of Reactive Blue X - BR Simulated Wastewater by Ozone - Porous Materials

Liu Hao
(Institute of Foreign Trade and Economics, Wuhan Textile University, Wuhan 430200, China)

Reactive Blue X-BR This reactive dye is a bright green light blue powder, its water solubility is better, affordable, has been widely used.The use of active blue X-BR made of waste water, the color is easy to identify, with a large solubility, stable molecular structure.In this paper, the active blue X-BR wastewater was treated by ozone oxidation-modified porous material method, and the laboratory simulated dyestuff wastewater was used as the research object.Through continuous experiments, the author observed the decolorization effect of ozone oxidation on simulated dye wastewater, and observed the decolorization effect of ozone catalytic oxidation.

printing and dyeing wastewater; ozone; catalytic oxidation; reactive blue X-BR

X791

A

1008-9500(2017)10-0014-04

2017-08-12

劉豪（1994-），男，湖北黃岡人，本科，研究方向：環(huán)境工程。