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含PVA印染廢水高級氧化處理技術(shù)

2021-10-16 11:46:20 4

  聚乙烯醇(PVA)具有優(yōu)良的上漿性能,作為印染行業(yè)的上漿劑被廣泛使用,因此印染廢水中含有大量的PVA。由于PVA難降解,傳統(tǒng)處理工藝已經(jīng)無法有效去除印染廢水中的PVA,若PVA沒有完全去除就直接排放到環(huán)境中,可能影響水體中的好氧微生物活動,增強泥中的重金屬活性,引起多種環(huán)境問題。近年來,雖然越來越多的其他漿料被應(yīng)用,但PVA由于在上漿過程中具有良好的強度、延伸性、結(jié)合力等優(yōu)點,仍然是不可替代的漿料。

  為了降低含PVA印染廢水對環(huán)境造成的污染,可采用生物降解、沉淀法、高級氧化技術(shù)等將印染廢水中的PVA分離出來,或?qū)VA大分子轉(zhuǎn)化為小分子并進(jìn)一步去除。其中,高級氧化技術(shù)處理含PVA印染廢水由于操作簡便、處理高效、反應(yīng)溫和、降解產(chǎn)物無毒或低毒,引起了廣泛關(guān)注。本研究主要介紹高級氧化技術(shù)處理含PVA印染廢水的進(jìn)展,并展望了高級氧化技術(shù)處理含PVA印染廢水的發(fā)展趨勢。

  1、高級氧化技術(shù)原理

  高級氧化技術(shù)利用電、光輻射和高效催化劑等與氧化劑結(jié)合,在氧化反應(yīng)過程中產(chǎn)生具有極強氧化性的自由基(如羥基自由基?OH),利用自由基與有機化合物之間的取代、加成、斷鏈和電子轉(zhuǎn)移等反應(yīng),促使有機化合物降解為低毒或無毒的小分子產(chǎn)物甚至H2O和CO2。常用的高級氧化技術(shù)包括Fen?ton氧化法、電化學(xué)氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、超臨界氧化法等。

  2、高級氧化技術(shù)處理含PVA印染廢水研究進(jìn)展

  2.1 Fenton氧化法

  在Fenton氧化法降解PVA的過程中,F(xiàn)e2+與H2O2快速反應(yīng),分解產(chǎn)生?OH,隨后?OH氧化分解廢水中的大分子污染物,最后生成CO2、H2O和其他無機物。Kang等利用Fenton氧化法處理含PVA和活性染料的模擬印染廢水,結(jié)果發(fā)現(xiàn),F(xiàn)enton試劑不僅能夠氧化去除廢水中的COD,還可以絮凝去除印染廢水中的染料,有效地降低了印染廢水的色度。曹陽采用Fenton預(yù)處理法處理含PVA廢水,并研究降解機理,最佳處理條件為:初始pH4,H2O2/Fe2(+物質(zhì)的量比)=10,H2O2/COD(質(zhì)量濃度比)=1.5,反應(yīng)溫度40℃,反應(yīng)時間30min。在最佳反應(yīng)條件下,COD去除率由2%提高到88%左右。在降解過程中,F(xiàn)enton試劑產(chǎn)生?OH降解PVA大分子,最終生成CO2和H2O。

  2.2 電化學(xué)氧化法

  電化學(xué)氧化法利用電解作用將廢水中的污染物去除或者轉(zhuǎn)化為低毒和無毒物質(zhì)。陰極發(fā)生還原反應(yīng),去除重金屬離子,陽極發(fā)生氧化反應(yīng),降解印染廢水中的大分子有機物。徐澤林等利用離子膜電解法處理含PVA印染廢水,當(dāng)電壓為6V、溫度為45℃、NaCl質(zhì)量濃度為2000mg/L時,對初始CODCr2910mg/L、PVA質(zhì)量濃度1650mg/L的模擬印染廢水,3h的去除率和轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到29%和100%,表明電解法對含PVA印染廢水具有極好的處理效果。Chou等研究了不同電極材料、電流密度、電壓、電解質(zhì)質(zhì)量濃度和溫度等因素對去除廢水中PVA的影響,并綜合考慮了不同參數(shù)的能耗情況,最后得到去除PVA的最優(yōu)工藝參數(shù):以Fe作為陽極,Al作為陰極,電壓為10V,電流密度為5mA/cm2,NaCl質(zhì)量濃度為0.1g/L,溫度為25℃。Kim等以帶二氧化釕涂層的鈦金屬板為陽極,不銹鋼板為陰極,研究不同初始濃度下含PVA廢水的降解情況,結(jié)果表明:電化學(xué)降解PVA的過程遵循一級動力學(xué);PVA初始濃度、電流密度、流速、電極材料等都會影響PVA的降解效率,PVA初始濃度較低時,電化學(xué)氧化效率更高。

  2.3 光催化氧化法

  光催化氧化法是利用光照提供能量,使催化劑或氧化物產(chǎn)生具有強氧化性的自由基,與廢水中的有機污染物發(fā)生反應(yīng),從而達(dá)到去除污染物的目的。孫振世等研究了紫外光下催化降解含PVA印染廢水的行為,結(jié)果表明:溶液pH和催化劑濃度是影響光催化降解過程的重要因素,酸性和堿性條件更利于PVA的光催化降解,過氧化氫和分子氧能顯著提高PVA的光催化降解效率。在光催化降解過程中,PVA分子中的羥基被氧化為羧基,C―C鍵被剪切形成短鏈化合物,PVA經(jīng)過光催化后變成小分子物質(zhì)。雷樂成利用光輔助Fenton試劑處理含PVA的印染廢水,研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)Fenton試劑用量不同時,紫外光和可見光對試劑的促進(jìn)程度也各不相同,處理0.5h后,印染廢水中的PVA量僅僅只有初始的10%左右。Lin等采用小尺寸納米TiO2顆粒光催化降解含PVA的廢水,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在光催化降解過程中,TiO2對PVA具有吸附作用,隨著顆粒直徑的減小和TiO2濃度的增加,吸附作用更加明顯。另外,在光催化降解過程中,通入氧氣可進(jìn)一步促進(jìn)PVA的降解。而中性或堿性條件、PVA初始濃度過高時,加入Cl或SO42-均會抑制PVA的降解。

  2.4 臭氧氧化法

  臭氧氧化法是利用臭氧作為氧化劑對廢水進(jìn)行凈化處理的方法。臭氧氧化一方面依靠臭氧本身的強氧化性,另一方面是因為臭氧能在水中形成強氧化性的?OH,?OH可以氧化大多數(shù)有機物。劉智穎等采用臭氧-曝氣生物濾池工藝處理含PVA的模擬印染廢水,研究結(jié)果表明,當(dāng)PVA質(zhì)量濃度≤140mg/L、COD約250mg/L、水力負(fù)荷0.4~0.5m3(/m2?h)、臭氧量60mg/L時,能夠達(dá)到較好的去除效果,PVA和COD去除率分別達(dá)到93.59%和64.29%。荊國華等采用臭氧氧化降解含PVA的廢水,并且研究了紫外光和超聲波的影響。結(jié)果表明:pH對臭氧氧化過程具有較大的影響,弱堿條件更有利于臭氧氧化降解,并且PVA初始濃度越低,PVA去除率越高。紫外光、超聲波以及Fenton試劑的加入進(jìn)一步提高了PVA的降解率。Tan等研究了臭氧催化氧化處理含PVA廢水的效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn),相比臭氧單獨氧化,臭氧催化氧化的效果更好,降解效果受催化劑濃度影響。隨著Fe2+用量增加,PVA的降解效果提高,最高去除率達(dá)到了85%。

  2.5 超臨界水氧化法

  超臨界水氧化法是利用超臨界水(臨界溫度374.3℃,臨界壓力22.05MPa)特殊的理化性質(zhì),使污染物在超臨界水介質(zhì)中發(fā)生氧化反應(yīng),從而將大分子有機物轉(zhuǎn)化為H2O、CO2和其他無毒小分子的方法。王世琴等用間歇式超臨界水氧化裝置降解含PVA的廢水,通過正交實驗研究了反應(yīng)溫度、時間、壓力和H2O2過氧倍數(shù)對降解效果的影響,并推測可能的降解途徑。結(jié)果表明:反應(yīng)溫度440℃、時間40min、壓力28MPa、過氧倍數(shù)為4時,PVA能夠完全降解,COD去除率達(dá)99.03%,PVA降解為烯烴、醇和羧酸類中間產(chǎn)物并最終降解為小分子的液相產(chǎn)物。韋朝海等自主設(shè)計連續(xù)反應(yīng)釜,研究了壓力、溫度、供氧量、pH、PVA聚合度及催化劑等參數(shù)對處理含PVA印染廢水的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在壓力26MPa、溫度410℃條件下反應(yīng)40s,可以完全降解廢水中的PVA,TOC去除率也達(dá)到了95.36%,增加壓力、升高溫度或降低pH均可提高降解效率。

  2.6 其他高級氧化技術(shù)

  除上述高級氧化技術(shù)外,硫酸根自由基氧化法、電磁波輻射等技術(shù)在氧化降解含PVA廢水方面也有應(yīng)用。Oh等以硫酸鉀作為氧化劑,研究了溫度、鐵單質(zhì)和硫酸亞鐵對硫酸鉀降解PVA的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),高溫能促進(jìn)硫酸根的產(chǎn)生,但是能耗相應(yīng)增加,F(xiàn)e2+和Fe單質(zhì)在較低溫度下就可以使PVA降解,通過Fe生成Fe2+能活化硫酸鉀產(chǎn)生更多的硫酸根,促進(jìn)PVA降解。Zhang等利用60Coγ射線照射降解含PVA的廢水,在酸性和堿性條件下均能達(dá)到較好的降解效果,提高射線的輻射劑量或添加適量氧氣和雙氧水都能進(jìn)一步提高降解效果。

  3、展望

  高級氧化技術(shù)雖然已經(jīng)在處理含PVA印染廢水方面取得了大量研究成果,但仍然存在許多不足。當(dāng)前研究多集中于應(yīng)用方面,對PVA降解機理的研究較少,只有掌握了各種高級氧化技術(shù)對PVA的降解機理,才能明確各種因素對含PVA印染廢水降解過程的影響,更好地控制降解過程。另外,各種高級氧化技術(shù)目前都存在各自的不足,尤其是在工業(yè)化過程中,含PVA印染廢水濃度較高,污染物種類繁多,處理過程中既需要注意其他污染物的影響,還需要考慮各種處理方式的設(shè)備、技術(shù)要求,催化劑的回收及能耗等。高級氧化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢是各種高級氧化技術(shù)優(yōu)化組合,從而提高對各類含PVA印染廢水的氧化降解效率,并進(jìn)一步實現(xiàn)工業(yè)化,徹底解決實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含PVA印染廢水。(來源:錦州師范高等??茖W(xué)?;瘜W(xué)與環(huán)境科學(xué)系)

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