高級氧化法處理印染廢水的研究進展

黃永茂（河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學院，石家莊 050026）

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高級氧化法處理印染廢水的研究進展

黃永茂
（河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學院，石家莊 050026）

摘 要：高級氧化法處理印染廢水具效果明顯、適用面廣、處理徹底、無二次污染等優(yōu)點，本文從氧化法原理、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢等方面綜述了近年來Fenton氧化法、濕式氧化法、光催化氧化法、電化學氧化法、臭氧氧化法、超臨界水氧化法、超聲波氧化法及組合技術(shù)，并指出了高級氧化技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：高級氧化技術(shù)；印染廢水；降解；污染

0　引言

我國印染廢水的排放量占整個工業(yè)廢水排放量的35%以上。印染廢水主要包括退漿、煮煉、漂白、絲光、染色、印花、皂液、整理等工序產(chǎn)生的廢水，是一種水量大、色度高、堿性強、有機物含量高且組分復雜、化學需氧量（COD）和生物需氧量（BOD）高的廢水， 其水質(zhì)變動范圍大，廢水中常含有染料、漿料、表面活性劑、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質(zhì)及無機鹽等［1，2］，是較難處理的工業(yè)廢水之一。傳統(tǒng)的處理方法普遍采用生化法、混凝沉淀法、混凝氣浮、化學氧化及活性炭吸附法等。這些處理方法通常是將有機物轉(zhuǎn)移到氣相或固相中，消耗大量化學藥劑的同時還會造成一定的二次污染，雖然具有操作容易、設備簡單且工藝成熟的優(yōu)點，但是運行成本高，實際回水利用率低。此外，當前國內(nèi)外對染料廢水的治理仍以傳統(tǒng)的生化法為主，物理或化學法為輔。由于印染廢水所含有機物可生化性能較差，所以處理效果往往不太理想，不能滿足排放標準以及總量控制的要求［3，4］。

高級氧化技術(shù)原理是羥基自由基（·OH）通過電子轉(zhuǎn)移、親電加成、脫氫反應等途徑使水中的各種污染物礦化，使有害物質(zhì)降解為CO2、H2O 和其他無害物質(zhì)，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為低毒易生物降解的中間產(chǎn)物。

目前國內(nèi)高級氧化技術(shù)主要有Fenton氧化法、濕式氧化法、光催化氧化法、電化學氧化法、臭氧氧化法、超臨界水氧化、超聲波氧化法及各種方法組合工藝等，其優(yōu)點是適用范圍廣、處理效率高、反應速度快、不造成二次污染，能使許多結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、甚至很難被生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為無毒無害可生物降解的低分子物質(zhì)，具有較好的發(fā)展前景。

1　Fenton氧化法

Fenton氧化法是在酸性的條件下，以Fe2+作為催化劑，H2O2分解產(chǎn)生·OH，染料廢水中的發(fā)色基團被破壞，從而降低廢水的色度和COD，此外Fe2+在一定的條件下會生成Fe（OH）3膠體兼有絮凝作用，對CODCr及色度的去除也有一定的效果。史紅香等［3］、王利平等［5］、李亞煥等［6］等開展了相關(guān)的研究工作，并取得較好效果。

Fenton氧化法處理廢水所需要的時間較長，需要使用較多的試劑，H2O2利用率低，F(xiàn)e2+的濃度在處理后期會增大，出水可能會帶有顏色。為了提高Fenton試劑氧化反應的處理效果，一方面可將紫外光、可見光等引入體系，另一方面可使用一些過渡金屬離子， 如Co2+、Cd2+等代替Fe2+，可以有效地增強Fenton試劑對有機物的氧化降解能力，并可減少試劑的用量，同時將Fenton處理工藝同UV、光催化氧化、混凝沉淀等其他工藝聯(lián)合使用。

2　濕式氧化法

濕式氧化法是在高溫高壓條件下，用氧氣或空氣作為氧化劑，氧化水中溶解態(tài)或懸浮態(tài)有機物或還原態(tài)無機物的一種處理方法。該方法在徹底氧化一些難降解有機物、降低廢水CODCr的同時還能提高廢水的可生化性能，因此常將該工藝與生物處理工藝聯(lián)合使用。該法操作條件較為苛刻，對設備要求較高，運行費用較高。近年來一些學者開始研究引入H2O2作為氧化劑［7］，添加催化劑［8］等提高濕式氧化技術(shù)的反應速率，降低反應條件的要求，從而擴大濕式氧化法的應用范圍。

3　光催化氧化法［9-11］

光催化氧化法以TiO2、Fe2O3、SnO2、ZnO、WO3等半導體為催化劑，在光照（一般為紫外光）條件下，半導體表面發(fā)生電子躍遷形成具有很強的氧化性的空穴，空穴與氧化物表面吸附的水作用形成強氧化性的·OH，氧化分解有機物。光催化氧化法處理印染廢水具有很好的效果，但高濃度、色度有機廢水處理效果不理想，紫外光照射成本較高，因此工業(yè)應用還存在一定的限制。目前研究重點開發(fā)利用太陽光等可見光作為光源、對催化劑進行改性，以及開發(fā)組合工藝等。

4　電化學氧化法［12、13］

通過外加低壓電場，在特定的反應器內(nèi)，發(fā)生一定的化學反應、電化學過程或物理過程，產(chǎn)生大量的自由基，利用自由基的強氧化性對廢水中的污染物進行降解的過程。目前電化學氧化法的理論有待進一步深入研究，此法受到污染物濃度、電極材料的選擇等方面的影響。

5　臭氧氧化法［14-16］

臭氧氧化法是利用臭氧本身的強氧化性和臭氧在水中形成的活潑的羥基自由基作用于有機污染物上，起到脫色和降解有機物的作用。此法設備簡單，占地少，容易自動化控制。郭春芳［17］將催化劑和臭氧一起作用于污水處理，取得了較好的效果。目前主要存在的問題是臭氧化學性質(zhì)活潑，需要現(xiàn)場制備；臭氧溶解小，需要過量投加；臭氧發(fā)生器效率低，能耗大，主要用于預處理。

6　超臨界水氧化法

超臨界水氧化法是在溫度、壓力高于水的臨界溫度（374℃）和臨界壓力（22.1MPa）的條件下水中有機物被氧化的方法。該方法具有處理效率高、氧化徹底、有毒物質(zhì)去除率高、適用范圍廣等特點。王齊［18、19］等從溫度、停留時間、過氧比等考察了。但該方法在高溫高壓條件下，對設備材質(zhì)要求高、對某些化學性質(zhì)穩(wěn)定物質(zhì)處理時間較長、運行成本較高。

7　超聲波氧化法［2］

超聲波處理法主要機理在于超聲波在水中產(chǎn)生空化氣泡，空化氣泡在形成和破解過程中會形成局部的增溫，產(chǎn)生高溫的熱解效應，進入空化氣泡中的水蒸氣在高溫高壓下發(fā)生了分裂及鏈式反應，產(chǎn)生·OH、HOO·、·H等自由基以及和H2等物質(zhì)，進而分解有機物，主要包括高溫高壓熱解反應和自由基氧化反應。

8　各種方法組合工藝

各種氧化工藝都有自己的優(yōu)缺點，嘗試將其中的2種或2種以上工藝進行組合， 開發(fā)新的組合工藝將是臭氧氧化技術(shù)處理印染廢水的發(fā)展方向。嚴一超［19］、彭人勇等［20］使用O3-H2O2組合法、林琳［21］、秦潔瓊［22］等采用超聲/ Fenton耦合法、楊潔等［23］采用光-電Fenton耦合法處理印染廢水。各種氧化技術(shù)還可以與其他物理、化學和生物技術(shù)進行組合。

9　結(jié)論

高級氧化技術(shù)是近年來新興的印染廢水處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的物理、生物處理方法相比，具有高效、普適、氧化降解徹底、無二次污染等優(yōu)點，是一種很有發(fā)展前途的印染廢水處理方法。單獨使用某一種高級氧化技術(shù)還存在一定的困難，需要進一步改進方法。開發(fā)高級氧化技術(shù)與其它技術(shù)組合工藝是今后的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

［1］ 戴日成，張統(tǒng)，郭茜等.印染廢水水質(zhì)特征及處理技術(shù)綜述［J］.工業(yè)給排水，2000，26（10）：33-37.

［2］盧徐節(jié)，劉瓊玉，劉延湘等.高級氧化技術(shù)在印染廢水處理中的應用［J］.印染助劑，2011，28（05）：7-11.

［3］史紅香，胡曉敏.Fenton試劑氧化處理印染廢水的試驗研究［J］.遼寧化工，2006，35（04）：202-210.

［4］潘潔.高級氧化技術(shù)處理印染廢水的研究進展［J］.北方環(huán)境，2013，29（03）：100-103.

［5］王利平，菜華等.Fenton試劑深度處理印染廢水的研究［J］.中國給排水，2010，26（04）：90-92.

［6］李亞煥，王嬌等.Fenton法氧化降解聚乙烯醇的研究［J］.化學工程師，2011，191（08）：33-35.

［7］吳志敏，韋朝海.H2O2濕式氧化處理含酸性紅B染料模擬廢水的研究［J］.環(huán)境科學學報，2004，24（09）：809-814.

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［9］唐杰，吳贊敏.TiO2光催化氧化技術(shù)在印染廢水處理中的研究進展［J］.印染助劑，2014，31（02）：10-14.

［10］宋波.改性納米TiO2光催化劑的制備及其處理印染廢水的研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學碩士論文，2013：24-54.

［11］鄭廣宏，夏邦天，許璟.光化學氧化技術(shù)處理印染廢水研究進展［J］.水處理技術(shù)，2008，341（02）：5-8.

［12］陳飛翔，楊初引，周明明等.印染廢水的電化學深度處理及回用研究［J］.電化學，2013，19（04）：341-344.

河北省科技廳指導課題，項目編號：13273615

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.011

作者簡介：黃永茂（1979-），男，講師，研究方向：化工工藝、污水處理等。