臭氧氧化處理分散染料實(shí)際生產(chǎn)廢水方法

　　分散染料廢水具有高復(fù)雜成分，色度及處理難度大的特點(diǎn)，是高濃度有機(jī)廢水較難處理的工業(yè)廢水之一，而且，我國作為染料加工生產(chǎn)的大國，其產(chǎn)量占據(jù)全球的62%-75%，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每噸染料的生產(chǎn)均有2%的產(chǎn)物隨廢水排出，不僅造成染料的大量流失，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并引致環(huán)境污染問題。根據(jù)美國C.I的分析，分散染料的種類數(shù)以萬計(jì)，其具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、難降解性及可生化性低的問題，顯性或潛在的毒性巨大，一旦未經(jīng)處理直接排向水體，將對水體微生物環(huán)境及土壤造成明顯的傷害，進(jìn)而危害人類生存環(huán)境，面對如此緊迫形勢，加之節(jié)能減排政策的引領(lǐng)，如何高效、清潔的處理分散染料實(shí)際生產(chǎn)過程的廢水至關(guān)重要。而基于臭氧氧化處理方法可高效的處理難降解或降解時(shí)間長的有機(jī)物，但具有氧化選擇性的缺點(diǎn)，研究將其與紫外線、活性炭等技術(shù)融合，探究其聯(lián)合應(yīng)用的工藝和效果，以期為相關(guān)研究提供有效參考。

　　1、臭氧氧化廢水處理方法的基本原理

　　臭氧氧化廢水處理方法是以臭氧氧化劑為基料，對染料廢水進(jìn)行凈化、消毒滅菌處理，在處理過程中，臭氧與廢水之間產(chǎn)生的反應(yīng)異常復(fù)雜，具體涉及如下反應(yīng)過程，首先臭氧氣體分子從氣相中擴(kuò)散至相間界面處，而后兩相中的反應(yīng)物質(zhì)濃度在界面達(dá)到近似水平時(shí)，就會呈現(xiàn)出物理平衡狀態(tài)；隨后，臭氧會從相見界面上擴(kuò)散至液相之中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，最終，基于濃度梯度引發(fā)反應(yīng)產(chǎn)物的擴(kuò)散。在各類生化、物化的作用下，臭氧可將廢水中高分子的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為低分子，將非極性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為極性物質(zhì)，為此，臭氧并非顯著降低廢水的有機(jī)物，但可利用其強(qiáng)氧化性改變有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，將難降解或降解時(shí)間過長的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谘趸v解的小分子物質(zhì)。

　　結(jié)合以往研究，臭氧氧化主要利用臭氧分子及其水相中分解的羥基自由基，而實(shí)現(xiàn)對苯酚、甲苯及苯酚等芳香族化合物具有高效的降解作用，可見，其處理工藝存在兩種路徑，如圖1所示，一是直接氧化，因?yàn)槌粞醴治鲎陨沓尸F(xiàn)出親核、親電性等特質(zhì)，容易與廢水中有機(jī)物產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)，進(jìn)而攻破苯酚、苯胺類污染物官能團(tuán)的鄰位，進(jìn)而產(chǎn)生可生物降解的酸類物質(zhì)；二是，O3分子受到催化作用下產(chǎn)生羥基自由基，進(jìn)而形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，通過羥基自由基來間接實(shí)現(xiàn)氧化作用，達(dá)到對各類有機(jī)污染物的降解作用，實(shí)現(xiàn)廢水處理。

　　2、臭氧氧化廢水處理的聯(lián)合技術(shù)分析

　　分散染料中難以降解的苯胺類、苯酚類有機(jī)物存在一定的生物毒性，而臭氧氧化廢水處理技術(shù)，利用O3分子的氧化作用可以公平有機(jī)污染物中的不飽和鍵，利用羥基自由基的間接氧化破壞苯環(huán)和復(fù)雜的雜環(huán)結(jié)構(gòu)，將芳香族有機(jī)物氧化為長鏈脂肪酸，以此達(dá)到廢水的污染物降解。但是臭氧氧化的廢水處理方法，也存在既定缺陷，諸如O3的生產(chǎn)制備成本畸高，但利用效率低，增加了處理成本，且O3與有機(jī)污染物的氧化反應(yīng)存在較強(qiáng)的選擇性，臭氧在短期內(nèi)或低劑量下，無法將廢水中的有機(jī)污染物徹底礦化，氧化效率和處理效果受限。而為提升O3氧化效率，加速分散染料中廢水有機(jī)污染物的分解速率，臭氧聯(lián)合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，研究主要引入以下兩種。

　　2.1 臭氧/紫外光聯(lián)合技術(shù)

　　臭氧/紫外光聯(lián)合技術(shù)也即以紫外線為能源，O3分子為氧化劑，讓O3分子在紫外線的催化作用下，分解出更多的?HO來強(qiáng)化O3分子的氧化能力，以提升分散染料廢水中有機(jī)污染物的能力。該聯(lián)合技術(shù)之所以較單獨(dú)臭氧氧化處理技術(shù)的氧化效率高，是因?yàn)樵谧贤饩€作用下，廢水中的有機(jī)污染物可產(chǎn)生活化反應(yīng)，而且?HO既可以由O3分子自身分解，也可降解中H2O2催化作用下由O3分子分解產(chǎn)生，由此便可極大的提升廢水有機(jī)物的降解效率。

　　2.2 臭氧/活性炭聯(lián)合技術(shù)

　　活性炭屬于物理吸附法，主要利用活性炭的表面活性，將廢水中的污染物聚集其表面從而達(dá)到排污處理的目的，因其具有可重復(fù)利用性，是目前分散染料廢水處理中最常用的方法，而臭氧/活性炭聯(lián)合技術(shù)便充分利用了臭氧氧化與活性炭的吸附效應(yīng)，先利用臭氧的氧化效應(yīng)來提升有機(jī)物的可生化性，并讓膠體狀、溶解態(tài)的有機(jī)物產(chǎn)生絮凝生成可沉淀、能濾除的物質(zhì)，以有效去除廢水中的色度、嗅味、鐵和有機(jī)物，而活性炭可吸附廢水中小分子物質(zhì)和臭氧，利用聚集的臭氧進(jìn)一步氧化降解有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)廢水的凈化處理。

　　3、臭氧氧化處理聯(lián)合技術(shù)的工藝方法及效果分析

　　為探究臭氧氧化處理分散染料實(shí)際生產(chǎn)廢水的聯(lián)合技術(shù)，以及其處理效果，研究將采用實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行具體分析。

　　3.1 實(shí)驗(yàn)方法

　　實(shí)驗(yàn)中采用的是直徑、高分別為800mm、2000mm的臭氧/紫外光或活性炭發(fā)生器，有效容積為1m3，每個40mm在反應(yīng)器底部由下往上每間隔400mm設(shè)定4個取樣口，利用內(nèi)置氣泵壓縮空氣中的氧化轉(zhuǎn)化臭氧，且臭氧濃度可通過外部旋轉(zhuǎn)鈕進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，最大功率為15g/h。同時(shí)，采用密封圓筒作為分散廢水與O3進(jìn)行氧化的反應(yīng)器，且內(nèi)部豎向均勻布設(shè)20根紫外光燈，以石英玻璃管罩住，底部為微氣泡發(fā)生器，頂部為漏斗式廢氣回收裝置，利用活性炭吸附廢氣中殘留的臭氧，而后排入空氣中。

　　3.2 實(shí)驗(yàn)材料

　　研究采用某分散染料分散藍(lán)偶氮實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水為研究對象，分散染料生產(chǎn)過程為4步，2-氰基-4-硝基苯胺經(jīng)加成、氧化閉環(huán)后，得到3-氰基-5-硝基苯胺-2-1苯并異噻唑，而后利用硝酰硫酸為重氮化試劑，讓其通過重氮化反映獲得重氮組分，以N-乙基-N-氰乙氧乙基間甲苯胺(芋)為偶合組分，經(jīng)由偶合反應(yīng)得到產(chǎn)品發(fā)色體，最后，利用砂磨、分散打漿、噴霧干燥得到所需的分散藍(lán)染料。該類染料中廢水主要為蒸餾、水洗、壓濾過程中排出的混合廢水，其包含染料、中間及副產(chǎn)物及有機(jī)污染物等，廢水為強(qiáng)酸性，色度為1200-1500倍，總氮為500-550mg/L，氨氮為20-30mg/L。

　　3.3 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)

　　CODcr為分散染料廢水中有機(jī)污染物的核心參數(shù)，研究采用2h哈希快速消解分光光度法，以光度計(jì)測定其吸光度，實(shí)際測量中將2mL水樣、3ml消解液和定量的HgSO4置入消解管作為Cr掩蔽劑，在150℃下消解2小時(shí)后冷卻至常溫，以光度計(jì)測定CODcr值。同時(shí)，利用紫外分光光度計(jì)全波段掃描分散染料廢水，得出最大吸收波長的吸光度來表示精臭氧聯(lián)合技術(shù)處理后的廢水脫色情況，計(jì)算公式為：

　　上式中，A0、Ai分別為臭氧氧化前及氧化后的吸光度。

　　3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　為驗(yàn)證單獨(dú)臭氧氧化處理廢水方法與臭氧聯(lián)合技術(shù)方法的差異性，研究選用400mg/L的分散藍(lán)染料廢水，純氧流量控制為6g/h，40min處理時(shí)間，實(shí)驗(yàn)中，以min為時(shí)間單位，分別在0、10、20、30、40、50、60等時(shí)間點(diǎn)從反應(yīng)器取樣，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)號，在同等濃度下利用3種臭氧氧化處理方法進(jìn)行廢水處理，所得結(jié)果如圖2、圖3所示。

　　結(jié)合圖2、圖3可知，在同等的反應(yīng)時(shí)間和廢水濃度條件下，采用單純臭氧氧化、臭氧/紫外光聯(lián)合技術(shù)、臭氧/活性炭聯(lián)合技術(shù)等廢水治理方法，對于CODcr去除率及脫色效率最優(yōu)的為臭氧/紫外光聯(lián)合技術(shù)，以該聯(lián)合技術(shù)進(jìn)行廢水處理方法，效率和效果更優(yōu)，其可為分散染料實(shí)際生產(chǎn)中廢水的凈化排污及節(jié)能提供有效支撐。

　　4、結(jié)束語

　　臭氧氧化是是分解高濃度、復(fù)雜組分的分散染料廢水最常用的方法，但是單純的臭氧氧化方法，表現(xiàn)出較強(qiáng)的選擇性，廢水有機(jī)物氧化速率慢，處理效率不高，在實(shí)踐應(yīng)用中存在較大的局限性。為彌補(bǔ)該項(xiàng)不足或缺陷，上述研究融合活性炭、紫外線等生物或化學(xué)處理技術(shù)，在催化或吸附作用的影響下，可快速降解、去除沉淀的有機(jī)危害物、色度等的優(yōu)勢，將其與臭氧氧化技術(shù)聯(lián)合，用以改善分散染料廢水處理的工藝方法和流程，且驗(yàn)證了實(shí)際應(yīng)用效果。(來源：延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院)