光催化氧化法处理染料废水研究

2014-06-01李金林广东省建筑材料研究院广东广州510160

资源节约与环保 2014年4期

李金林（广东省建筑材料研究院广东广州 510160）

我国水资源短缺,分布不均，近年来水体污染也在不断加剧，水资源问题已经成为制约国民经济发展的主要因素。其中染料废水由于色度和化学需氧量含量高,且组成复杂,染料废水已成为工业废水的主要来源。据我国染料工业协会2012年统计数据,2011年上半年,中国染料总产量为40万吨,2010年产量位居世界前列。在染料加工生产过程中，很难避免物料流失,其比例为产品随废水损失占比为2%,印染工艺造成染料损失量更大,这种损失除了造成了资源的很大浪费,同时流失的染料对水体和环境造成严重污染,对人类的身体也造成危害。因此对染料废水处理成为污水污染控制工程领域研究的重点和热点[1]。

1 染料废水

1.1 废水特点

染料是一种可以在纤维或者是其他物质上牢牢着色的化合物。染料的种类高达数万种，国际上常用的染料也有2000多种，这些染料中有很多加工时工艺复杂、产量小、伴随的副反应较多，导致染料废水的数量大、成分复杂，同时对人和环境的危害也很大[2]。

1.2 对环境的危害

染料废水排放到自然水体中,废水中的大量有机物会逐渐消耗水体中的DO,造成水体中DO大幅度下降,废水染料组分很难降解，残存在水体中,虽然其浓度很低,但是造成水体透光率下降，水体色度超标,影响水体中水生生物和微生物的生长繁殖,微生物和水生生物的生长被抑制会影响水体的自净能力,最终破坏水体的生态。

2 治理方法

染料废水的处理一般分为物理法、化学法、生物法及组合法，染料废水很难处理。从可持续发展的角度考虑，废水处理的源头应该从清洁生产开始，通过选用清洁工艺减少污染物的排放,实施重点污染源全过程控制,降低废水、废气、废渣的产量,提高水资源使用效率,增加产品回收率,控制物料流失，增强物料回收与综合利用,减少原材料使用,实施源头控制。到目前为止，国内外处理染料废水的方法主要还是物理、化学、生物和组合工艺类的方法[3]。

3 光催化氧化法

3.1 高效节能

光催化氧化法是半导体的电子在光照下激发产生电子空穴，进而破坏分子的共轭发色体，达到破坏分子结构的效果。该技术手段能几乎将全部的有机物在可见光或者紫外光UV下转化为二氧化碳、水等无害的简单化合物。这种方法使用的设备简单、操作条件易控制、还有着高效节能、氧化效果强、降解污染物彻底、生成物无二次污染等优点。

3.2 实验主要试剂及仪器

表1 主要试剂及仪器

3.3 实验方法

实验使用的水样先经过内电解预处理，再采用光催化氧化法即UV/Fenton催化氧化法进行处理染料废水。实验的反应器是一个这样的自制装置：一个底面积20平方厘米高35厘米的圆柱形玻璃反应器，将防水的紫外灯放在中部。

3.3.1 H2O2用量对处理效果的影响

取内电解法预处理后的水样6份各500 m L，将水样p H调为4，光照时间控制1 h，分别加入30%的H2O220 ml/L、25ml/L、30 ml/L、32 ml/L、35 ml/L、40 ml/L。

当加大投加的H2O2量时，检测到的色度和COD的去除率也增大了。实验中投加H2O2的量达到64 ml/L时，即每500 m L废水中加入32 m L的H2O2，COD和色度的去除率达到了最大，继续加入H2O2后，去除率趋于稳定。这是因为H2O2的量少的情况下，产生的自由基少，降解有机物的能力有限；当增加投加H2O2的量后，会产生足够的自由基去降解污染物；但是投入过量的H2O2后，H2O2会俘获·OH自由基，使得水中去除有机物的·OH自由基有所减少，因此出现了COD的去除率稍微降低的状况。故本实验得出最佳的H2O2投加量为64 ml/L，此时燃料废水的色度和COD的去除率分别为40%、70%。

3.3.2 光照强度及光照时间对处理效果的影响

取经过内电解法预处理后的水样9份各500 m L，每份加入30%的H2O232 ml/L，依次将光照强度调为11 W、22 W、33 W各3组，同样光照强度的3组水样控制不同的光照时间。

经过分析数据发现，光照条件下短时间内的时间和强度对去除率影响较大，并且光照强度大的达到最大去除率的时间最短。但反应时间延长后，时间的差别趋于一致，当光照时间是 45 min时，不同光强度下的COD去除率一致达到75%，而去除色度效果是33 W的最好为56%，远远高于11 W、22 W的去除率。综上，最佳光照强度33 W，时间为45 min。