高級(jí)氧化技術(shù)在印染廢水處理中的應(yīng)用

高新金(廣東洋藝建設(shè)有限公司，廣東 佛山 528247)

0 引言

紡織行業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱之一，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，印染企業(yè)也得到了迅速發(fā)展，印染企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)，也使得相應(yīng)的印染廢水排放量增加，逐步成為我國(guó)工業(yè)廢水的主要組成之一，而且由于印染廢水中含有大量的化學(xué)成分，比如說(shuō)染料、表面活性劑等，使得印染廢水的組成復(fù)雜，具有有機(jī)物濃度高、堿性強(qiáng)、鹽度高、對(duì)微生物有害等特點(diǎn)，增加了印染廢水的處理難度。

1 印染企業(yè)的概念

印染是紡織技術(shù)中的一種，利用印染技術(shù)實(shí)現(xiàn)了物理和化學(xué)加工的組合，印染技術(shù)可以將紡織品的圖案、圖紋以及相應(yīng)的顏色添加在紡織品中，印染技術(shù)的應(yīng)用能夠大大的豐富紡織品的種類以及色彩。我國(guó)自古以來(lái)就是紡織大國(guó)，隨著科學(xué)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，相應(yīng)的印染企業(yè)加工能力也得到了提高，在世界占據(jù)比重也越來(lái)越大，但是這也導(dǎo)致印染廢水的排放量大大增加，對(duì)我國(guó)的環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。印染廢水的內(nèi)部含有的有機(jī)成分復(fù)雜，對(duì)水質(zhì)的變化影響比較大，而且堿性強(qiáng)，因此處理難度較大。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，有關(guān)部門(mén)需要加強(qiáng)對(duì)印染廢水的污染處理。

2 印染廢水處理中高級(jí)氧化技術(shù)的應(yīng)用建議

由于印染廢水中的染料穩(wěn)定性比較高，難降解，加上水溶性比較大，綜合因素導(dǎo)致印染廢水的處理工作難度較大。在這其中最關(guān)鍵的處理環(huán)節(jié)就是實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物以及色度的去除。常用的處理方法包括物理方法、化學(xué)方法、生物方法或者采用上述方法結(jié)合的方式，一般而言，多采用生化為主，物理或化學(xué)法為輔的結(jié)合治理方式。主要治理過(guò)程包括膜分離、絮凝沉淀、吸附等，上述方法具備工藝成熟、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但是核心本質(zhì)都是將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到其他物體中，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中會(huì)消耗大量的化學(xué)藥劑，而且會(huì)產(chǎn)生二次污染，加上印染廢水中的有機(jī)物生化相關(guān)性能比較差，所以處理的效果不夠理想，無(wú)法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

為了更好的對(duì)印染廢水進(jìn)行污染治理，在80 年代有關(guān)研究人員提出了高級(jí)氧化技術(shù)，高級(jí)氧化技術(shù)的反應(yīng)原理是利用羥基自由基在電子轉(zhuǎn)移以及親電加成的化學(xué)反應(yīng)下，將水中的化學(xué)污染物轉(zhuǎn)化為低毒的中間產(chǎn)物，或者是變?yōu)樗⒍趸嫉绕渌麩o(wú)害物質(zhì)的形式。高級(jí)氧化技術(shù)具有效率高，對(duì)環(huán)境的二次污染小，反應(yīng)速度快，適用面廣，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有機(jī)物的降解等優(yōu)勢(shì)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要針對(duì)臭氧氧化技術(shù)、Fenton 氧化技術(shù)、濕式氧化技術(shù)、電化學(xué)氧化技術(shù)、光催化氧化法、以及超聲波處理技術(shù)。接下來(lái)一一進(jìn)行介紹。

2.1 臭氧氧化技術(shù)

臭氧氧化法具有設(shè)備操作容易，占地面積少，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的特點(diǎn)。其反應(yīng)原理是利用臭氧自身的強(qiáng)氧化性。一方面臭氧本身就能夠?qū)λ杏袡C(jī)物進(jìn)行直接氧化，但該氧化過(guò)程的反應(yīng)速度比較慢，而且具有一定的選擇性；另一方面，臭氧能夠與水中的羥基自由基進(jìn)行反應(yīng)，從而可以達(dá)到降解有機(jī)污染物的目的，同時(shí)能夠進(jìn)行脫色。如果搭配相應(yīng)的催化劑，能夠使得氧化效果更理想。不過(guò)臭氧氧化技術(shù)存在的主要問(wèn)題有臭氧的溶解率比較小，在進(jìn)行使用時(shí)必須進(jìn)行過(guò)量投放。另外由于臭氧的化學(xué)性質(zhì)過(guò)于活潑，因此無(wú)法提前準(zhǔn)備，除此之外，臭氧發(fā)生器的能耗比較大，反應(yīng)效率較低，因此只能夠進(jìn)行預(yù)處理。

目前已有研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)控制廢水的PH 值，可以增加臭氧對(duì)廢水染料色度的去除效果。另外可以利用臭氧技術(shù)與過(guò)氧化氫結(jié)合，對(duì)廢水進(jìn)行氧化處理，由于過(guò)氧化氫能夠進(jìn)一步誘導(dǎo)臭氧氧化反應(yīng)，促使羥基自由基的大量產(chǎn)生，從而發(fā)生羥基取代反應(yīng)，能夠?qū)⒂袡C(jī)化合物中的發(fā)色基團(tuán)去除，從而實(shí)現(xiàn)脫色。

2.2 Fenton氧化技術(shù)

Fenton 氧化法又名芬頓氧化法，是由法國(guó)一名叫做芬頓的研究者發(fā)現(xiàn)的。其反應(yīng)原理是在酸性的條件下，利用亞鐵離子作為催化劑，進(jìn)一步催化過(guò)氧化氫的分解，產(chǎn)生大量的羥基自由基，這些羥基自由基具備非常強(qiáng)的氧化能力，從而可以對(duì)有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行攻擊，破壞染料廢水中的發(fā)色基團(tuán)，使其礦化將其轉(zhuǎn)換為如二氧化碳的無(wú)機(jī)化合物，從而降低廢水的色度和COD。該方法常用于處理有機(jī)物濃度較高的印染廢水，一般應(yīng)用于濃縮水的濃縮處理，或者是進(jìn)行廢水的預(yù)處理。芬頓氧化法除了可以利用氧化作用實(shí)現(xiàn)去除有機(jī)物之外，也能夠通過(guò)吸收廢水中鐵離子絡(luò)合物，達(dá)到去除有機(jī)物質(zhì)的目的。

該方法具有氧化速率高，色度的去除效果好，目標(biāo)污染物范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)芬頓氧化法的運(yùn)行成本比較高，需要使用較多的試劑，處理廢水的時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)氧化氫的效率低，而且在反應(yīng)后期亞鐵離子的濃度會(huì)增大。在后續(xù)的使用中，可以考慮與其他處理工藝進(jìn)行結(jié)合，也可以引進(jìn)紫外光，或者使用一些過(guò)渡金屬離子，從而增強(qiáng)芬頓氧化劑對(duì)有機(jī)物的氧化降解能力。

2.3 濕式氧化技術(shù)

該技術(shù)誕生于上個(gè)世紀(jì)四十年代，首次應(yīng)用于造紙黑液廢水的處理中，應(yīng)用結(jié)果表明去除CODCr效果良好，去除率達(dá)90%以上，因此逐步受到人們的關(guān)注與使用。該方法主要反應(yīng)條件為高溫高壓，以氧氣或者是空氣作為氧化劑，在水中對(duì)懸浮有機(jī)物進(jìn)行處理。該方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠徹底氧化一些難以被降解的有機(jī)物，降低CODCr含量的效果良好，除此之外還可以大大提高廢水的可生化性能，因此常常與生物處理工藝聯(lián)合使用。具有氧化速度快，反應(yīng)徹底，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染的特點(diǎn)。但是濕式氧化技術(shù)的運(yùn)行費(fèi)用比較高，而且對(duì)設(shè)備的使用條件比較嚴(yán)格。為了降低反應(yīng)條件，近幾年來(lái)研究者開(kāi)始利用一些催化劑來(lái)提高反應(yīng)效率，比如引入過(guò)氧化氫作為氧化劑，或者利用Cu 催化濕式氧化技術(shù)處理，從而擴(kuò)大濕式氧化技術(shù)的應(yīng)用范圍，同時(shí)也能夠提高廢水的可生化性能。

2.4 電化學(xué)氧化技術(shù)

該方法起源于上個(gè)世紀(jì)40 年代。不過(guò)當(dāng)時(shí)的條件有限，電力資源比較缺乏，因此導(dǎo)致成本比較高，所以對(duì)電化學(xué)氧化技術(shù)的研究進(jìn)展比較緩慢。一直到20 世紀(jì)80 年代，電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，因此電化學(xué)技術(shù)也再次走入研究者的視線中。電化學(xué)氧化方法主要是在特定的反應(yīng)儀器中，對(duì)其施加外部電場(chǎng)，通過(guò)電化學(xué)的反應(yīng)過(guò)程，會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生大量的具有強(qiáng)氧化性的自由基，因此可以對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行降解。電化學(xué)技術(shù)具有易控制，操作簡(jiǎn)單，無(wú)污染的特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。但是由于電化學(xué)的反應(yīng)過(guò)程中過(guò)于復(fù)雜，而且容易受到電極材料以及污染物濃度的影響，所以要想進(jìn)一步推廣該方法的應(yīng)用，需要進(jìn)行深入研究，加強(qiáng)新型電化學(xué)技術(shù)機(jī)理的創(chuàng)新。

2.5 光催化氧化法

光催化氧化法也是常見(jiàn)的處理印染廢水的方式之一，其工作原理主要是利用在光的照射條件下，電子能夠在半導(dǎo)體催化劑表面產(chǎn)生躍遷，進(jìn)而生產(chǎn)空穴與光生電子，由于空穴具有很強(qiáng)的氧化性，而光生電子具有很強(qiáng)的還原性，所以能夠與水生成具有強(qiáng)氧化性的化學(xué)成分，主要包括超氧負(fù)離子及羥基自由基，進(jìn)而增加化學(xué)氧化反應(yīng)，將難以降解的污染物質(zhì)進(jìn)一步氧化，生成水和二氧化碳，目前常用的催化劑包括ZnO、ZnS、TiO2等，其中催化劑TiO2具有催化效率高，催化活性好，耐光腐蝕，成本低等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)表明，利用納米TiO2光催化氧化法，采用汞燈作為光源的話，其廢水處理后的出水指標(biāo)可達(dá)到廢水回用水標(biāo)準(zhǔn)，而且相應(yīng)的COD 和色度的去除效果理想?？傮w而言，該方法具有處理效果高效、無(wú)二次污染以及能耗低等特點(diǎn)，但是受到催化劑的限制，無(wú)法處理大量廢水，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍的推廣應(yīng)用，尤其是當(dāng)廢水的懸浮物含量過(guò)高時(shí)，該方法的處理能力就十分有限，另外，如果將該技術(shù)所用的光源拓展到可見(jiàn)光區(qū)也是日后應(yīng)用研究的方向。

2.6 超臨界水氧化

該方法是由美國(guó)率先提出的，主要是利用溫度和壓力改變水中有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)氧化反應(yīng)，與上述其他方法相比，超臨界水氧化方法具有處理效率高的特點(diǎn)，并且氧化徹底，能夠有效去除有毒物質(zhì)，而且適用范圍廣，在處理一些難降解有機(jī)物方面，具有很好地效果，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)偶氮染料廢水進(jìn)行處理室，采用超臨界水氧化技術(shù)，可以很好的去除廢水色度，而且CODCr最高去除率可達(dá)99.09%，處理后的廢水也滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，由于該處理方法對(duì)于溫度和壓力有很高的要求，而且容易發(fā)生腐蝕，因此對(duì)設(shè)備的要求很高，而且該技術(shù)的使用成本相較于其他方法而言，成本較高，但是隨著日后對(duì)該技術(shù)的研究逐漸深入，相信該技術(shù)具備更廣闊的應(yīng)用前景。

2.7 超聲波處理技術(shù)

除了上述幾種處理方法之外，近段時(shí)間也出現(xiàn)了利用超聲波進(jìn)行廢水處理的方式，該方法主要是利用超聲波在水下會(huì)形成空化氣泡，而空化氣泡在過(guò)程和破解的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生局部增溫，高溫在水下會(huì)形成熱解效應(yīng)，同時(shí)也會(huì)增加大量的羥基自由基，這樣一來(lái)就能夠很好的分解有機(jī)物。但是目前該技術(shù)的應(yīng)用有限，因?yàn)閺U水中的有機(jī)物結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，超聲波無(wú)法完成所有廢水的處理，處理效果也不理想，因此一般都會(huì)將該技術(shù)與其他處理方法相結(jié)合應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的提高，近幾年來(lái)高級(jí)氧化技術(shù)也取得了進(jìn)步，與傳統(tǒng)的處理工藝相比，該方法具有氧化效率高，無(wú)二次污染，反應(yīng)速度快等特點(diǎn)。為了更好的提高對(duì)印染廢水的處理效果，有關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)尋找更為高效的處理方式，從氧化反應(yīng)的機(jī)理著手，考慮將各項(xiàng)處理技術(shù)進(jìn)行合理結(jié)合，大力提高自由基的產(chǎn)生率和利用率，從而突破處理瓶頸，降低治理成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的目的。