超声波-活性炭印染废水深度处理的实验研究

付振来 庞兴龙 张绍卫

（1廊坊市环境科学研究院 河北廊坊 0650002 廊坊市环境监测站 河北廊坊 0650003 河北冀都环保科技有限公司 河北石家庄 050022）

我国是纺织印染业的第一大国，印染行业是工业废水排放大户，据不完全统计，全国印染废水排放量为在我国，印染废水已成为当前最主要的水体污染和水资源损失之一。由于水资源的缺乏，废水处理资源化已提到日程上来，一些废水经处理后出水水质较好，将其作为第二水源再进行深度处理中水回用，可大大节约水资源。目前印染废水的处理方法主要是生物化学处理法，但废水中40%--70%的COD主要残留物及色度在传统的生物处理后需要进行深度处理，利用物理化学工艺来进一步去除染料废水中的COD和色度的研究也在深入报道[2]，经生化处理后的废水，其主要影响水质的因素是COD，达到中水回用节约水资源的目的，去除COD是关键。

到目前为止，应用于实际的中水回用的方法已有较快发展，但仍比较有限。超声降解水体中的化学污染物，尤其是难降解有机污染物，是近年来发展的一项新型水处理技术。活性炭是多孔及大表面积的物质，具有聚大的表面积，所以才有明显的吸附能力和再生性，对水中溶解性有机物，以及生物法和化学法难以去除的有机物都有较强的去除效果。对超声波处理后的废水用活性炭进行吸附可进一步去除水中杂质，更大程度地降低废水中的COD，使废水更洁净，更利于回用。

1 实验原理

1.1 超声波法

超声波是一种高频机械波，具有波长较短，能量集中的特点，其频率一般在2 x 104-5 x 106HZ之间。超声降解水体中的有机污染物是近年来开始研究的一项新型水处理技术，不仅可以改善反应条件，加快反应速度和提高反应产率，还能使一些难以进行的化学反应得以实现。它集高级氧化、焚烧、超临界氧化等多种水处理技术的特点于一体，可单独或与其它技术联合使用，加之操作简单，对设备的要求较低，常常应用于环境保护领域，特别是在处理废水中毒性高，难降解的有机污染物，加快有机污染物的降解速度，实现工业废水污染物的无害性，避免二次污染的影响上具有重要意义,是一种极具发展潜力的水处理技术，具有良好的应用前景[3]。近年来，研究者发现，单独使用超声波降解水体中有机污染物虽然具有操作简单、方便等优点，但从能量消耗来看，不是很经济，且降解速度较慢。为了提高其降解速度同时降低费用，一些学者相继研究了几种超声波与其它处理技术相结合的新工艺[45]，目前处于探索阶段。

1.2 活性炭法

活性炭是多孔及大表面积的物质，具有聚大的表面积，所以才有明显的吸附能力和再生性，对水中溶解性有机物，以及生物法和化学法难以去除的有机物都有较强的去除效果[6]。活性炭的比表面积可达500-1700 m2/g，活性炭小孔的表面积占比表面积的95%以上，所以吸附量主要受小孔支配。粉末活性炭吸附水中溶质分子是一个复杂的过程,是几种力综合作用的结果,包括离子吸引力、范德华力、化学杂和力[7]。根据吸附的双速率扩散理论认为,吸附是一个由迅速扩散和缓慢扩散两阶段理论认为,吸附是一个由迅速扩散和缓慢扩散两阶段构成的双速过程,迅速扩散的数小时内即完成,发挥了60%～80%活性炭的吸附容量。迅速扩散是溶质分子在碳粒内沿径向均匀分布的阻力小的大孔隙中扩散的过程。当分子从大孔进一步进入与大孔相通的微孔中扩散时,由于受到狭窄孔径所产生的很大阻力,从而极为缓慢。影响粉末活性炭吸附的因素涉及溶质分子极性、分子量大小、空间结构,这一点取决于水源水质的特征。活性炭对不同的物质分子具有选择吸附性。

2 实验仪器和设备

2.1 印染废水水样：取自高阳某印染厂已生化处理过的排水。

2.2 药剂：活性炭（粉状）。

表2 -1活性炭（粉状）成分一览表

2.3 仪器：新芝JY 98-3 D超声波细胞粉碎机、变幅杆探头直径20 mm(工作频率20-25 KHz,输出功率20-900 W连续可调)、CODCr测定装置。

3 实验过程与结果

超声波-活性炭法处理。

3.1 超声波法对水样的处理

图2 -1超声时间对CODCr去除率的影响

3.1.1 实验过程

（1）超声时间对CODCr去除率的影响

各取 100 ml印染废水水样，全程超声波处理25 min，每次仅改变超声波的作用时间，其结果如图2 -2所示。

由图2 -1可以看出，改变超声时间，对于CODCr去除率是有影响的，随着超声时间的增长，CODCr的去除率呈现增大的趋势，但是3 s后，增长的趋势已不明显，所以，最佳的超声时间为3 s。

（2）超声全程时间对CODCr去除的影响

取100 ml印染废水水样，6份，分别进行超声波处理，在频率为400 HZ、超声时间为3 s、间歇时间为1.5 s、保护温度为40℃、实测温度为30℃、功率范围为480---600 W条件下，改变超声波全程作用的时间，所得数据如表2 -2所示。

表2 -2 CODCr去除率与超声作用时间长的关系

超声时间与CODCr去除率的关系如图2 -2所示。

3.1.2实验结论与分析

图2 -2超声全程时间与CODCr去除率的关系

（1）在超声全程时间为5 min时，CODCr虽时间延长去除率下降，原因可能是在此时间段中，超声波将大分子有机物化学键打开，使其成为小分子有机物，在CODCr测定过程中被检测出。

（2）超声全程时间对CODCr去除率有较大影响，整体趋势是与去除率成正比，最终趋于平缓，最佳超声时间为25 min，CODCr的去除率达到65%--70%之间。

（3）超声时间对CODCr去除率也有很大关系，整体上去除率随着超声时间的延长而增大，但最佳超声时间为3 s。

3.2 活性炭法对超声废水的处理

3.2.1 实验过程

（1）加入活性炭的量对CODCr去除率的影响

取 100 m L超声水样，十份，分别加入 0.5 g、1 g、1.5 g、2 g、2.5 g、3 g、3.5 g、4 g、4.5 g、5 g活性炭，搅拌 10 min,过滤，测定 CODCr，计算 CODCr去除率，结果见图2 -3所示。

图2 -3活性炭加入的量对CODCr去除率的影响

由图4 可知，随着活性炭量的增加，CODCr的去除率逐渐增大，最终趋近于一个值不变。但在实际应用中，应选用一个适当的活性炭的用量，既能有效的去除 CODCr量，又能节省药剂，由图2 -3可知2 g时比较合适。

（2）加入活性炭后搅拌时间对CODCr去除率的影响

取100 m L超声水样，6份，均加入2 g活性炭，分别搅拌1 min、2 min、5 min、8 min、10 min、12 min，过滤，测定各水样的 CODCr值，并计算相应的去除率，结果如表2 -3所示：

表2 -3各水样的CODCr及相应去除率

活性炭量与CODCr去除率的关系如图2 -4所示。

图2 -4活性炭搅拌时间与CODCr去除率的关系

3.2.2 实验结果

（1）用活性炭对有机物浓度不高的废水进行处理，有较好的效果，在100 ml水中加入2 g活性炭，搅拌5 min，CODCr的去除率可达到70%以上，超声后用活性炭进行再处理最终去除率可达到90%，废水中CODCr可降至24 mg/l以下。

（2）活性炭处理时，加入活性炭的量对CODCr的去除有较大的影响，p H=7且废水有机物浓度不高时，活性炭的最佳投放量为0.004 g CODCr/g活性炭；

（3）加入活性炭后，进行搅拌的时间对吸附效果有一定的影响，5 min以后，随着搅拌时间的延长，去除率增长变缓慢。

4 结语

本实验结果显示，用超声波处理已生化处理过的印染废水能够达到较好的处理效果，其可使CODCr的量降至80 mg/L左右，活性炭对CODCr较低的废水进行净化的效果较好，在CODCr为80 mg/L条件下，其去除率仍可达到70%左右，用超声波-活性炭联用的方法对印染废水进行深度处理有很好的处理效果，在实验条件下，CODCr去除率最高达到90%，CODCr降低到24 mg/L以下。

本实验为先进性超声波处理再进行活性炭吸附，效果很好，但与先进行活性炭吸附再进行超声波处理相比哪个效果更好有待于进一步研究。超声波降解水体中有机污染物虽然具有操作简单、方便等优点，但从能量消耗来看，不是很经济，且降解速度较慢。用超声波与活性炭连用对印染废水进行深度处理有很好的处理效果，但吸附后的活性炭的再生还有待与进一步研究。

[1]高蓉著，夏明芳，尹协东等.臭氧氧化法处理印染废水.污染防治技术 2003,12（16）：4.

[2]Li.X.Z;Zhao.Y.GAdvancedtreatmentofdyeingwastewaterforreuse.Water Scienceand Technology 1999.39(10-11):249-255.

[3]赵朝成，张英，赵东风.超声/臭氧氧化处理含酚废水实验研究.油气田环境保护2002.9(11):26-29.

[4]乌锡康.有机化工废水治理技术.北京:化学工业出版社，1997.

[5]胡文容.超声强化臭氧氧化偶氮染料的脱色效能.中国给水排水，1995,15(11):1-4.

[6]仝贵蝉,吴天宝,云桂春等.活性炭吸附用于城市污水地下回灌深度处理[J].给水排水,1999,25(10):16-19.

[7]蒋展鹏.环境工程，高等教育出版社.