光催化技术在胶印油墨污水处理中的应用

施敏敏+冷彩凤+王崟

油墨是最主要的印刷材料之一，也是目前国内外印刷业最大的污染源之一。油墨产生的污水主要是由更换油墨、换活儿时清洗印刷相关设备等导致的，例如清洗墨辊、墨槽、滚筒等产生的废水。虽然单个印刷企业的油墨污水排放量较小，但印刷企业数量庞大，因此总体排放量巨大，必须引起足够的重视。

胶印油墨污水排放控制指标

在胶印油墨有毒污染物控制方面，根据国家最新的《环境标志产品技术要求 胶印油墨》等要求，禁止胶印油墨中人为添加铅、镉、汞、硒、砷、锑、六价铬等重金属物质，同时规定了铅、镉、六价铬、汞的限值。综合考虑，胶印油墨污水的有毒污染物最终确定了六价铬、总铬、总汞、烷基汞、总铅、总镉等6项指标。

在胶印油墨常规污染物方面，pH值、色度、悬浮物（SS）、五日生化需氧量（BOD5）、化学需氧量（COD）、氨氮和总有机碳（TOC）等是企业常规检测最多的指标。根据调研，油墨生产中使用的溶剂多为容易生物降解的有机污染物，如甲醇、乙醇、丙酮、丁酮、乙酸乙酯等，可以归于TOC、COD控制。另外胶印油墨也经常使用矿物油、植物油作为重要连结料，所以将石油类和动植物油也列入控制因子，最终控制项目选择为pH值、色度、悬浮物（SS）、五日生化需氧量（BOD5）、化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总有机碳（TOC）、石油类、矿物油等9项指标。这里对其中几个专业性很强的指标进行介绍，帮助印刷专业人员了解。

1.BOD5和COD

BOD5是指水样在微生物的作用下，在20℃、培养5天的条件下所消耗的溶解氧量。COD是指在强酸并加热的条件下，经重铬酸钾氧化处理时水样中的溶解性物质和悬浮物质所消耗的重铬酸钾盐对应的氧的量。

BOD5和COD是综合指标，当指标较高时，水体中的溶解氧会怠尽。这时，水体不能确保自净，有机物容易厌氧发酵，并释放出臭气和有害气体，导致水体中的鱼虾等水生生物由于缺氧、无氧而窒息死亡。

2.SS

SS表示用0.45μm滤膜过滤水样，经103～105℃温度烘干后的不可滤残渣含量。

大量悬浮物会使水体浑浊，透明度降低，影响水生生物的呼吸和代谢，甚至造成鱼类窒息死亡。悬浮物过多还可能造成河道（或航道）阻塞。而且，如果悬浮物中含有大量有机物，固态有机物水解后形成的溶解性有机物对水体亦可造成危害。

3.色度

由于色料在油墨配方中所占的比例很少，所以通常色度的指标不会很高，但近年来随着有机颜料的逐步推行，色度有可能成为一个重要的污染因子，所以对其标准应加以规定。

4.NH3-N

氨氮（NH3-N）是指水中以游离氨和铵离子形式存在的氮。

氨氮是造成湖泊、海洋水体富营养化的主要污染物之一。在好氧环境中，水体中的氨氮可在硝化菌的作用下转变为硝酸态氮；在无氧环境中，水体中存在的硝酸盐亦可在微生物作用下还原为亚硝酸盐，乃至氮。水体中氨氮的硝化会消耗一定量溶解氧，因此氨氮含量高时可能会造成水体缺氧（硝化性缺氧），导致鱼类等水生生物死亡。此外，水源水体的氨氮含量高时，将导致自来水厂的加氯量提高（折点加氯），进而形成的过量氯胺可能会对人体健康有影响。

5.TOC

TOC是以有机物中碳的含量作为表征水体中有机物总量的综合性指标，其来源、性质及危害基本同COD。

6.石油类、矿物油

从油墨配方来看，除桐油、亚麻油、蓖麻油、豆油等植物油外，油墨常用的连结料有汽油、高沸点煤油、润滑油等矿物油，故此类污染比较普遍。

光催化技术的原理及特点

1.基本原理

光催化技术是目前研究较多的一项高级氧化技术，是光反应与催化反应的融合，其净化废水的能力是基于半导体类催化剂在一定波长的光照射下具有氧化还原作用而净化水源。反应时，利用体系中产生的高活性的羟基自由基将大分子的有机物氧化，使许多化学稳定性强、微生物难以降解的有机物转化为无毒无害的可生化降解的小分子物质，最终把有机污染物矿化分解为二氧化碳、水和无毒害的有机酸。

2.光催化剂

目前发现的有光催化活性的物质主要是半导体材料，如TiO2、ZnO、α-Fe2O3、ZnS、CdS、WO3、SnO2、SrTiO3等。其中，最有实用意义的仅有TiO2，因其具有廉价、易得、无毒无害、化学性质稳定、抗光、腐蚀性强等优点。

TiO2的一个重要性质是可将光能转化为化学能。当受到紫外光照射时，TiO2吸收光子，价带上的电子被激发到导带，形成分离的电子和空穴，这些自由的电子和空穴具有很强的反应活性。大量研究表明，TiO2半导体光催化剂能够将水和空气中的各种有机污染物深度矿化，如烷烃、醛类、酚类、各种简单芳香化合物及相应的卤代物、各种染料、杀虫剂、SO2、H2S、NO等；还能够将水中有毒的无机重金属离子，如Hg2+、Cr6+、Pb2+等，还原成游离态，使其沉淀回收，减少其危害。另外，TiO2被紫外光激发后产生的活性超氧自由基和羟基自由基能够穿透细菌的细胞壁，破坏细胞膜质，因此还可以用于抗菌和杀菌。因此，利用TiO2光催化，也被认为是一条利用太阳能解决世界经济发展两大重要问题的潜在有效途径。

3.光催化技术的特点

与传统的污水处理方法相比，光催化技术具有以下优点。第一，光催化技术是深度处理技术，在反应过程中，产生大量高活性的羟基自由基，羟基自由基比普通的化学氧化剂氧化能力更强，能够无选择性地将污水中的污染物完全分解成CO2、H2O和其他无毒的无机物，并且不产生二次污染。第二，光催化技术的反应条件温和，由于光催化反应是一种物理化学过程，一般对温度和压力无要求，反应过程容易控制。第三，光催化技术可利用太阳光进行氧化还原反应，达到去除污染物的目的，具有发展太阳能的潜力。

正确处理印刷生产中的油墨污水成为印刷企业实现绿色印刷不可忽视的重要环节，通过科学的方法将油墨污水处理达标排放是印刷企业面临的新课题。光催化技术凭借明显的节能高效、污染物降解彻底等特点，有望成为21世纪环境污染控制与治理的理想技术，因此其理应成为高浓度有机废水治理领域的研究重点和热点。