印染废水的臭氧活性炭处理工艺试验

刘　静，隋　涛

(滨州学院资源与环境工程学院，山东滨州　256600)

印染废水是在加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品的过程中产生的废水，具有排污量大、有机污染物含量高、有机物组成复杂、色度高、碱性大、水质差别较大等特点，是当前最难处理的工业废水之一[1-2]。针对印染废水的特性，物理化学法和化学氧化法是染料废水处理的主要方法，其中高级氧化法和活性炭吸附就是常用的处理方法[3]。

在高级氧化技术中，臭氧氧化技术无二次污染、工艺较为简单，是一种常用的高级氧化技术[4]。本研究通过活性炭吸附及臭氧活性炭组合工艺处理印染废水，探讨各种试验因素对处理效果的影响，分析臭氧活性炭工艺处理印染废水的最佳反应条件并进行对比，为处理印染废水工程应用提供重要依据。

1　材料与方法

1.1　试验装置

自制试验装置如图1所示。

图1　臭氧活性炭工艺降解印染废水的反应装置

1.2　废水水质

试验用水取自滨州市一印染厂，该印染厂采用水解酸化、上流式厌氧污泥床、活性污泥法、混凝沉淀法处理后出水，处理水量达10 000 m3，试验水样为二沉池出口处采集的生化反应池出水，具体水质指标如表1所示。

表1　印染废水的水质指标

1.3　分析项目

分析项目包括:CODCr、NH3- N、色度。其中CODCr采用重铬酸钾法测定；NH3-N采用纳氏试剂光度法；色度采用稀释倍数法[5]。

2　结果与讨论

2.1　活性炭投加量对处理效果的影响

调节印染废水活性炭投加量分别为20、50、80、110 mg/L和150 mg/L，暂不通入臭氧，反应结束后测定处理后废水的色度、CODCr、NH3-N的指标，计算相应去除率，结果如图2所示。去除率最好的是色度，去除率都在75%以上，当投加量为110 mg/L时色度去除率达到最佳为85%，这说明活性炭的吸附效果好，对色度的去除有着良好效果；CODCr和NH3-N去除率效果相对较差，随着活性炭投加量的增加，去除效果增强，在活性炭投加量为110 mg/L时达到最佳，CODCr和NH3-N去除率分别为34.1%和19.9%，之后逐渐趋于稳定。由试验数据可知，活性炭去除有机物的作用不大，远不及脱色作用。

图2　活性炭投加量对印染废水处理效果的影响

2.2　pH值对处理效果的影响

溶液pH对吸附效果有所影响，溶液pH控制了酸性或碱性化合物的离解度，当pH达到某个范围时，这些化合物就要离解，影响对这些化合物的吸附，此外被吸附的溶质其溶解效果也可能受到pH的影响。

图3　pH值对印染废水处理效果的影响

因此，调节印染废水的pH值分别至6、7、8、9，活性炭投加量为110 mg/L，反应结束后测定处理后废水的色度、CODCr、NH3-N的指标，计算相应去除率，用以分析pH对处理效果的影响，结果如图3所示。色度在不同pH条件下去除率相差不大，基本都在80%以上；而针对CODCr和NH3-N的去除率，随着pH的改变有所波动。当pH值小于7时，去除效果变化不大；在pH值为7～9时，去除率有所增加；在pH值为9时，达到最佳去除率分别为35.79%和28.1%；之后随着pH的增加，去除效果趋于稳定。由此可以看出，pH的变化对废水脱色率没有太大影响，但是可能由于在碱性范围内，活性炭表面发生了碱性离解，活性炭带正电，水中有机物的主要官能团如羟基等因失去质子而带了负电，增强了吸附剂和吸附质之间的黏附作用，从而提高了有机物的去除效果[6]。

2.3　搅拌速度对处理效果的影响

调节印染废水的pH值至9、活性炭投加量为110 mg/L、搅拌速度分别为80、100、120、140 r/min和160 r/min，暂不通入臭氧，反应结束后测定处理后废水的色度、CODCr、NH3-N的指标，计算相应去除率，结果如图4所示。色度的去除率在不同的搅拌速度条件下，去除率达到80%以上，说明活性炭对色度的吸附效果明显；随着搅拌速度的提高，污染物的去除率增加；在搅拌速度达到120 r/min时，CODCr和NH3-N的去除率达到最佳且趋于稳定，去除率分别为36.4%和28.4%。这是因为搅拌速度的提高使活性炭与印染废水充分接触反应，从而提高了去除率；然而搅拌速度过大，活性炭吸附的杂质会解析出来，去除率反而下降。

图4　搅拌速度对印染废水处理效果的影响

2.4　臭氧通入时间对处理效果的影响

调节印染废水的pH值至9、活性炭投加量为110 mg/L、搅拌速度在120 r/min的条件下，控制臭氧氧化时间分别为2、4、6、8、10 min，氧化结束后测定处理后废水的色度、CODCr、NH3-N的指标，计算相应去除率，结果如图5所示。随着氧化时间的增加，臭氧对色度的去除率增加，在8 min时色度去除率达到最佳且趋于稳定，达到90%，印染废水的脱色效果明显。随着臭氧氧化时间的延长，CODCr和NH3-N的去除率逐渐提高，8 min时CODCr和NH3-N的去除率最优且趋于稳定，分别为67%和59.4%。当臭氧氧化时间在8 min之后，去除效果基本稳定，因此，在实际使用中，考虑经济合理性，氧化时间应控制在8 min左右为宜。

图5　臭氧反应时间对印染废水处理效果的影响

2.5　臭氧浓度对臭氧氧化效果的影响

调节印染废水的初始pH值至9、活性炭投加量为110 mg/L、搅拌速度在120 r/min的条件下，控制臭氧浓度为5、10、15、20、25 mg/L，8 min氧化结束后测定处理后废水中色度、CODCr和氨氮的指标，计算相应的去除率，结果如图6所示。

图6　臭氧浓度对印染废水处理效果的影响

考虑臭氧作为一种气体在水中不能完全溶解，投加量不同，水体溶解的臭氧浓度不一致，但是臭氧在一定体积水体中溶解度一定，开始时随着通入臭氧浓度增加，水体内臭氧浓度增加，氧化性增强，可以将水中大分子有机物转变为小分子有机物，便于吸附去除，处理效果有较明显提升；之后随着反应进行，水体臭氧浓度饱和，尾气逸出量随之增加，臭氧利用率降低，对废水处理效果趋于平稳。当臭氧浓度为20 mg/L时，脱色率达到92%，CODCr和NH3-N的去除率分别为69%和62%，之后变化不再明显。由此可以认为，有机物经过臭氧氧化后极性增强，抑制了后续活性炭吸附效果，CODCr的去除率有所下降。

2.6　活性炭技术、臭氧技术、两者协同作用对印染废水处理对比结果分析

调节印染废水的pH值至9、活性炭投加量为110 mg/L、搅拌速度在120 r/min的条件下，对印染废水色度、CODCr、NH3-N的去除率分别为81.5%、36.4%和28.4%；将臭氧直接通入印染废水，调节印染废水的pH值至9、臭氧为20 mg/L、通入时间为8 min的条件下，对印染废水色度、CODCr和NH3-N的去除率分别为80%、39.9%和29.4%。两者联用后，对印染废水色度、CODCr、NH3-N的去除率分别为92%、69%和62%。经过分析可以看出，臭氧活性炭联用去除效果较好，主要考虑染料分子属于高分子复杂有机物，单独臭氧处理和单独活性炭吸附都难以去除。而在两者联用工艺中，活性炭促进分解生成羟基自由基的同时，也在其表面富集了反应基质和产物，从而增强了体系的处理能力，而臭氧氧化作用将难降解的大分子有机物氧化成小分子有机物，减小活性炭的有机负荷，并且能在一定程度上保持活性炭表面的清洁度，促进了后者的循环利用[7]。

3　小结

本文采用了活性炭臭氧技术处理印染废水，探究了活性炭投加量、pH、搅拌时间、氧化时间和臭氧浓度对处理效果的影响，通过试验研究，得出以下结论。

(1)臭氧活性炭处理印染废水的试验结果表明，pH值为9、搅拌速度120 r/min、活性炭投加量为110 mg/L、臭氧浓度为20 mg/L和氧化时间为8 min的条件下，印染废水能得到较好的处理，色度、CODCr和氨氮的去除率分别为92%、69%和62%。

(2)臭氧活性炭联用工艺对印染废水色度、CODCr、NH3-N的去除率要优于单独活性炭吸附技术和臭氧氧化技术。主要是因为臭氧氧化为活性炭提供了更容易吸附的小分子物质，加之活性炭对臭氧的催化作用，可提高臭氧的氧化速率[8]。

[1]郑广宏,于蕾,夏邦天,等.臭氧技术处理印染废水研究进展[J].工业用水与废水,2009,2(40):6-9.

[2]Erick Butler,Yung Tse Hung,Mohammed Al Ahmad,etal.Treatment and management of industrial dye wastewater for water resources protection[J].Natural Resources and Control Processes,2016(17):187-232.

[3]李昊,周律,李涛,等.臭氧氧化法深度处理印染废水生化处理出水[J].化工环保,2012,32(1):32-33.

[4]蔡华,李克林,陈毅忠,等.活性炭催化臭氧氧化深度处理印染废水[J].常州大学学报(自然科学版),2010,22(3):38-41.

[5]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002:35-110.

[6]熊鹭,李夏兰,王镇发,等.活性炭吸附电镀废水中CODCr的实验研究[J].工业水处理,2012,32(1):45-46.

[7]钱飞跃.基于臭氧氧化的印染废水生化出水的深度处理组合工艺及有机物去除行为研究[D].上海：华东理工大学,2012.

[8]沈拥军,苏平,欧昌进.臭氧/活性炭组合工艺降解甲基红印染废水的试验研究[J].广东化工,2011,38(11):81-83.