臭氧在印染廢水的處理的強大作用

印染廢水處理臭氧方案專家  15810803350  15101638838

摘要：印染廢水是一種非常重要的污染源，其處理及色度的去除一直是困擾水處理工程師的一個難題。本文討論了臭氧氧化脫色處理印染廢水的機理、影響因素、處理方法及發(fā)展前景。

關鍵詞：印染；廢水；脫色；氧化；處理方法

紡織印染廢水是一種水量大、色度高、組份復雜的廢水，水質(zhì)變動范圍大，廢水中含有染料、漿料、助劑、酸、堿、纖維、雜質(zhì)及無機鹽等。染料結(jié)構(gòu)中胺基化合物及銅、鉻、鋅、砷等重金屬元素具有較大的毒性。目前染色加工過程中的10—200／0的染料排入廢水中，嚴重污染環(huán)境。隨著染料工業(yè)的發(fā)展和印染加工技術的進步，染料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性大為提高，給脫色處理增加了難度。目前印染廢水的脫色問題已成為國內(nèi)外廢水處理中急需解決的一大難題。選擇一種簡單經(jīng)濟有效的處理方法成為印染廢水脫色的研究重點。多數(shù)印染廠采用化學處理與生化處理相結(jié)合的方法，但普遍存在于印染廢中的偶氮染料穩(wěn)定性高、水溶性大，是一種難降解的有機物，傳統(tǒng)的化學氧化法和生物法難以取得令人滿意的效果。臭氧的氧化性極強，在自然界中其氧化還原電位僅次于氟，常用于工業(yè)廢水的殺菌消毒、除臭、脫色等，其作為一種高級氧化技術近年來被用來去除染料和印染廢水的色度和難降解有機物。

臭氧氧化對染料品種適應性廣、脫色效率高，并降低其COD、BOD值，同時0，在廢水中的還原產(chǎn)物

以及過剩0，能迅速在溶液和空氣中分解為0，，不會對環(huán)境造成二次污染。因此0 脫色技術具有一定的工業(yè)化應用前景。目前臭氧氧化的主要缺點是運行費用相對偏高。因此，采用臭氧氧化法脫色可作為生物處理的預處理，結(jié)合生物處理可降低運行費用。

1廢水的臭氧氧化處理機理

臭氧是良好的氧化劑，在處理印染廢水時，臭氧與簡單或復雜的有機物反應后得到一些相同的產(chǎn)

物，這些產(chǎn)物很容易生化降解，而且沒有明顯的毒性。臭氧不僅能氧化水中的無機物，如CN一、NH，

等，而且能氧化難以生物降解的有機物，如芳烴化合物等。臭氧化反應的途徑有兩條：一是臭氧通過

親核或親電作用直接參與反應；二是臭氧在堿等因素作用下，通過活潑的自由基(主要有一0H)與污

染物反應。臭氧能與許多有機物或官能團發(fā)生反應：C=C、C三C，芳香化合物、雜環(huán)化合物、碳環(huán)化合物、=N— N、=S、C三N、C—N、C— Si、一0H、一sH、一NH，、一CHO、一N=N一等。臭氧破壞和去除廢水中污染物的作用已被廣泛研究，對有機物臭氧化的產(chǎn)物也進行了一些研究。研究表明，臭氧化產(chǎn)物主要是一元醛、二元醛、醛酸、一元羧酸、二元羧酸類有機小分子。

氧化反應：

1．1奪取氫原子，并鏈羰基化，生成醛、酮、醇或酸；芳香化合物先被氧化為酚，再氧化為酸。

1．2打開雙鍵，發(fā)生加成反應：

1．3氧原子進入芳香環(huán)發(fā)生取代反應 ’

臭氧也是良好的脫色氧化劑，對于含水溶性染料廢水如活性、直接、陽離子和酸性等染料，其脫

色率很高；對分散染料也有較好脫色效果；但對其他以懸浮狀態(tài)存在于廢水中的還原、硫化和涂料，

脫色效果較差。Matsui等的研究結(jié)果表明偶氮染料更易于被臭氧氧化脫色。臭氧用量與偶氮基團數(shù)量

有關，如對于0．1mol／1的直接紅2S、直接黑2S，其需臭氧量分別為80、130mol／1。臭氧氧化也可以與其它處理技術結(jié)合應用。

2影響因素

臭氧一經(jīng)溶解在水里，會出現(xiàn)下列兩種反應：一一種是直接氧化，它是較緩慢的且有明顯選擇性的

反應；另一種則是在水中羧基、過氧化氫、有機物、腐殖質(zhì)和高濃度的氫氧根誘發(fā)下自行分解成羧基自由基，間接地氧化有機物、微生物或氨等。后一種反應相當快，且沒有選擇性，另外還能將重碳酸根氧化成重碳酸和碳酸。這兩種反應后一種反應更強烈，氧化能力更強。由于氫氧根和有機物能誘發(fā)臭氧自行分解成羧基自由基，所以低pH值條件下有利于臭氧直接氧化反應，而高pH值和有機物含量高的條件下則有利于羧基自由基的間接氧化反應。臭氧的自行分解率在很大程度上取決于pH值、溫度、UV值、臭氧濃度以及水中存在的其它可去除物。臭氧的濃度、溫度和接觸時間：一般來說，臭

氧對直接染料、酸性染料、堿性染料、活性染料等親水性染料的脫色速度較快，效果較好；對分散染料、還原染料、硫化染料等疏水性染料的脫色速度較慢、效果較差且臭氧用量大。Saunders等研究證明，在多種可溶性染料共存的廢水中，染料對臭氧具有競爭作用，因此，為達到對某種染料期望的去除效果，必須增加臭氧的投加量。臭氧的氧化能力還取決于廢水的臭氧化速度，溫度越高，氧化速度越快，所用時間縮短。在常溫下，用30rain的氧化接觸時間足以將水中3-4mmol／L的染料去除50％。

pH值：在堿性條件下，臭氧對廢水的脫色效果好，隨初始pH值的升高，脫色速度明顯提高。初始

pH值為1 1．00廢水在臭氧化30rain時，脫色率可達98．1 1％I而初始pH值為3．55的廢水脫色率只有

44．48％。這主要是因為，廢水的初始pH值升高，水中OH一濃度增加，有利于臭氧分解鏈反應的引發(fā)，

從而促進臭氧的自分解，產(chǎn)生更多的強氧化性的羥基自由基(OH·)。Saunders等研究證明，活潑的

OH，與廢水中活性艷紅X-3B反應，使活性艷紅X一3B中的發(fā)色基團的偶氮鍵斷裂，加快了活性艷紅

X-3B的降解、脫色速度。考慮到經(jīng)濟和效率因素，臭氧化反應pH值一般不宜超過10．3。

催化劑和光照：用臭氧化法處理染料廢水方面的研究也很活躍，張彭義等制備了2種高活性的催

化劑Mn-O．和Fe-N卜Urea，對初始COD約為1 500mg／L的廢水投加臭氧0．82g／L，COD去除率大于50％。離子色譜分析表明，吐氏酸的金屬催化氧化產(chǎn)物為鄰苯二甲酸等，中間產(chǎn)物為2一胺基一1、4苯醌等。吐氏酸經(jīng)金屬催化臭氧化后，可生化性大大提高。王曉書、孔令任研究了直接耐曬大紅4BS、活性艷紅X-3B、活性黑KN—B三種偶氨水溶性染料臭氧化反應，染料脫色很快，且脫色率為100％，但COD去除率只在50％左右，分析其原因是臭氧化有雙鍵選擇性，不易氧化至CO，和H，O。而光照臭氧處理，降解速度比單獨使用臭氧快得多，COD去除率分別為70％，64％，75％。臭氧加紫外輻射或同時進行電離輻射也可提高氧化效率。

3 混凝處理

Lin．S．H研究表明，對含低濃度染料的印染廢水，臭氧化可以有效地去除水中的色度和渾濁度，但對含中等和高濃度染料的印染廢水，應用臭氧化~n PAC絮凝處理，則可以強化臭氧處理效果。臭氧

與絮凝過程連用可以將去除率提高到70％，降低化學除色藥劑費用30％。德國Ochtrup水處理廠中，印染廢水經(jīng)臭氧化處理12min后，染料COD值降低60-一80％，AOX降低60％，聚乙烯醇的濃度降低50％，

從而使此前不能通過生物降解的物質(zhì)得以部分氧化，利于下一步的生物處理。某人造絲染色廠采用混凝— 過濾一臭氧的流程，在pH值為6．3、臭氧的投加量為46g／m 時，脫色率達到100％，BOD去除率達

~1]96．7％。J．Sarasa等采用臭氧加混凝工藝處理偶氮染料廢水，這種廢水含有大量苯胺基衍生物和偶氮化合物，其中很多屬于EEC和USEPA前體衍生物，臭氧能有效去除偶氮染料廢水中這些前體衍生物，與Ca(OH)，混凝工藝綜合處理幾乎能去除全部主要污染物，包括有機氮化物。如用FeSO 、Fe，(so ) 及FeCI，凝聚后再用臭氧處理可提高脫色效果。

4 活性炭吸附

活性炭具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學性質(zhì)，是最常用的一種吸附劑?；钚蕴课椒ㄟm用于被臭氧氧化脫色后廢水的深度處理。但是，由于活性炭再生系統(tǒng)操作難度大，裝置運行費用高，應用受到限制。臭氧生物活性炭對有機物的去除包括三個過程：臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解。即在對有機物的去除上，先發(fā)揮臭氧的強氧化能力，將有機物氧化成可被生物降解的小分子有機物，接著利用活性炭良好的吸附性能將其吸附，再由吸附在活性炭上的生物對吸附的有機物進行生物降解，而臭氧分解后產(chǎn)生的氧，提高水中的溶解氧，使水中溶解氧常呈飽和狀態(tài)或接近飽和狀態(tài)，又為活性炭處理中的生物降解提供必要條件。這一臭氧與顆粒活性炭濾池相結(jié)合的臭氧生物活性炭凈水處理工藝

(BAC法)，一般置于凈水常規(guī)處去除水中的有機物，且由于應用了生物技術，大大延長了活性炭的

運行周期。

5 廢水臭氧化的發(fā)展前景

臭氧處理技術的發(fā)展可從兩方面來看：一是臭氧作為預處理或后處理，與其他處理方法的聯(lián)合使

用，如絮凝、氣浮、生化等；二是臭氧處理單元自身的發(fā)展，如光催化、金屬催化氧化等。臭氧與其它處理方法聯(lián)合的工藝流程有很多形式，如：①O +生化(活性污泥、生物活性碳法)；

②O +絮凝+膜處理；③O +膜處理；④O +氣浮(吹脫)；⑤O +活性碳吸附；⑥O +絮凝+O 。臭氧處理單元自身有以下幾種形式：①O，；②O，+／H，O，；③O ／H，O，／UV；④0 ／UV；⑤O ／固體催

化劑(固體 f{二劑如活性炭、金屬及其氧化物)；⑥用先進的臭氧+超聲強化+生化處理工藝，去除偶

氮染料脫色效果好，有機物去除率高，能有效地處理高濃度PVA褪漿污水。

6結(jié)論

6．1臭氧是一種強氧化劑，能與廢水中大多數(shù)有機物、微生物迅速反應，可去除廢水中難以生物降

解的有機物，如芳烴化合物等污染物，并降低其COD、BOD值，同時還可起到脫色、除臭、殺菌的

作用。

6．2在堿性條件下，臭氧對廢水的脫色效果好，隨初始pH值的升高，脫色速度明顯提高。臭氧的投

加量、接觸時間、溫度、光照、催化劑等，對氧化反應和脫色率影響大。

6．3臭氧化能改善印染廢水的可生化性，臭氧作為印染廢水預處理或后處理，與其它處理方法聯(lián)合

使用，效果更佳。