UV/O3工藝深度降解印染廢水的研究

印染廢水有機(jī)物含量高、色度深、成分復(fù)雜、毒性大、可生化性差，一直是國內(nèi)外廢水處理的難點(diǎn)之一，達(dá)標(biāo)排放困難。

UV/O3技術(shù)始于20世紀(jì)70年代，是將臭氧與紫外光輻射結(jié)合的一種高級(jí)氧化技術(shù)。該技術(shù)利用臭氧在紫外光照射下分解產(chǎn)生的活性很強(qiáng)的次生氧化劑來氧化有機(jī)物[1]，以解決有毒有害且無法生物降解物質(zhì)的處理問題。自20世紀(jì)80年代以來，其研究范圍擴(kuò)大到飲用水的深度處理。目前已成功用于處理農(nóng)藥廢水、含氮硫磷的有機(jī)化合物廢水以及氯化有機(jī)污染物等[2]。

作者采用UV/O3工藝對生化處理后的印染廢水進(jìn)行了深度降解的實(shí)驗(yàn)研究，考察了主要因素對COD、色度去除效果的影響，為UV/O3工藝降解印染廢水的工業(yè)實(shí)施與控制提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 印染廢水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)原水取自浙江某印染廠排污口。該印染廢水主要由各類坯布染色后含染料、表面活性劑及助劑的廢水組成；漂染廢水中含有少量染料及漿料，廢水中的有機(jī)組分多以芳烴及雜環(huán)化合物為母體，并帶有顯色基團(tuán)及極性基團(tuán)。廢水水質(zhì)見表1。

表1 印染廢水水質(zhì)

1.2 儀器

臭氧發(fā)生器(臭氧體積分?jǐn)?shù)1.5%)，紫外燈(235 nm，20 W)，分析天平，紫外可見分光光度計(jì)。

1.3 方法

在反應(yīng)器中加入經(jīng)物化-生化工藝處理后的印染廢水，調(diào)節(jié)pH值,通入臭氧，紫外照射進(jìn)行反應(yīng)。比較在不同pH值、臭氧量和紫外光強(qiáng)度條件下，UV/O3工藝對印染廢水COD及色度的去除效果，確定最優(yōu)UV/O3工藝條件。

比較單獨(dú)UV、單獨(dú)O3、UV/O3三種方法的處理效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 UV/O3降解印染廢水條件的優(yōu)化

2.1.1 pH值

取水樣100 mL,在紫外光強(qiáng)度為160 W、O3流量為18 L·h-1、輻射時(shí)間為120 min的條件下，考察pH值對COD去除率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 pH值對COD去除率的影響

2.1.2 O3流量

在紫外光強(qiáng)度為160 W、pH值為5的條件下，考察O3流量對COD去除率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 O3流量對COD去除率的影響

由圖2可見，廢水COD去除率隨著O3流量的增加逐漸上升，當(dāng)O3流量大于13 L·h-1時(shí)，UV/O3對印染廢水COD的去除率穩(wěn)定在90%以上。這是因?yàn)椤H自由基的產(chǎn)生，大大提高了臭氧的氧化能力，使廢水COD值降低。因此，選擇適宜的O3流量為13 L·h-1。

2.1.3 紫外光強(qiáng)度

在O3流量為13 L·h-1、pH值為5的條件下，考察紫外光強(qiáng)度對COD去除率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 紫外光強(qiáng)度對COD去除率的影響

由圖3可見，增大紫外光強(qiáng)度可提高COD去除率，當(dāng)紫外光強(qiáng)度為80 W時(shí)，COD去除率達(dá)到92%；當(dāng)紫外光強(qiáng)度超過80 W后，COD去除率提高不明顯。這可能是因?yàn)?，O3在紫外光照射下可提供光量子[3]，能更有效誘發(fā)自由基型鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，提高強(qiáng)氧化性·OH的產(chǎn)率，從而提高了COD的去除率。因此，選擇適宜的紫外光強(qiáng)度為80 W。

2.2 O3、UV及UV/O3處理印染廢水效果對比

在O3流量為13 L·h-1、紫外光強(qiáng)度為80 W、pH值為5、輻射時(shí)間為120 min的條件下，UV、O3及UV/O3處理印染廢水的COD去除率及色度去除率比較見表2。

表2 UV、O3及UV/O3處理印染廢水的效果比較

從表2可以看出，UV、O3、UV/O3對印染廢水的COD去除率大小依次為：UV/O3>O3>UV。UV輻射印染廢水120 min后COD去除率僅為10%左右，原因是波長200～250 nm的紫外線能提供478.2～597.7 kJ·mol-1的能量，可以離解大多數(shù)有機(jī)物的單鍵[4]，所以能去除部分易降解有機(jī)物，導(dǎo)致印染廢水COD濃度下降,但印染廢水中有大量含雙鍵或共軛雙鍵的物質(zhì)，需要更高的離解能，UV對此則無能為力。O3氧化印染廢水，COD去除率穩(wěn)定在76%左右，說明O3反應(yīng)較迅速而且較完全。UV/O3處理印染廢水的COD去除率為90%左右，明顯大于O3及UV單獨(dú)作用的簡單加和，這說明UV和O3之間存在協(xié)同效應(yīng)。

從表2可以看出，UV、O3及UV/O3對印染廢水色度去除率的大小依次為：UV/O3> O3>UV。UV/O3及O3對印染廢水具有較強(qiáng)的脫色能力，在反應(yīng)進(jìn)行120 min基本達(dá)到完全脫色。O3氧化印染廢水，色度去除率穩(wěn)定在96%左右，說明O3反應(yīng)較迅速而且較完全。UV/O3處理印染廢水的色度去除率為97%左右，略優(yōu)于單獨(dú)O3脫色。這是因?yàn)?，顯色的官能團(tuán)多是共軛不飽和基團(tuán)，O3及·OH對這種共軛不飽和基團(tuán)的破壞非常有效，可將其氧化離解，從而使水的顏色消失。UV輻射印染廢水120 min后色度去除率僅為4%左右，原因同樣是UV無法提供足夠的能量打開顯色基團(tuán)，從而無法達(dá)到脫色的目的。

3 結(jié)論

(1)UV/O3對印染廢水COD的去除效果明顯大于O3及UV單獨(dú)作用的簡單加和，UV和O3之間存在協(xié)同效應(yīng)。

(2)通過對UV/O3工藝處理印染廢水主要影響因素的考察，優(yōu)化了處理?xiàng)l件，在pH值為5、O3流量為13 L·h-1、紫外光強(qiáng)度為80 W、輻射時(shí)間為120 min的條件下，處理效果較好，對色度及COD的去除率分別達(dá)到97%和90%。

(3)UV/O3工藝可以用于印染廢水的深度處理，提高出水水質(zhì)，增加了回用的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 雷樂成,汪大翚.水處理高級(jí)氧化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:202-235.

[2] 李靜，劉國榮.臭氧高級(jí)氧化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用[J]．污染防治技術(shù)，2007，20(6)：55-57.

[3] 簡麗,張彭義,畢海.水中天然有機(jī)物的臭氧強(qiáng)化光催化降解研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(12)：1630-1635.

[4] 童少平,褚有群,馬淳安,等.紫外光在臭氧降解不同有機(jī)物過程中的協(xié)同作用[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(8):1041-1045.