臭氧高級氧化法處理染料廢水的研究

賈通通，山海強(qiáng)

（青島科技大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，山東 青島 266042）

臭氧高級氧化法處理染料廢水的研究

賈通通，山海強(qiáng)

（青島科技大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，山東 青島 266042）

采用臭氧高級氧化技術(shù)對某染料廢水進(jìn)行處理，探究不同條件對染料廢水COD以及色度的去除效果的影響，確定最佳工藝條件。在最佳條件下，采用單獨(dú)臭氧、單獨(dú)紫外、臭氧-紫外、臭氧-雙氧水以及臭氧-鐵炭五種氧化方法對染料廢水進(jìn)行處理。結(jié)果表明：臭氧氧化技術(shù)最佳條件為pH值=8，臭氧流量80 L/h，反應(yīng)時(shí)間為2 h；采用最佳處理方案，采用臭氧-紫外高級氧化技術(shù)處理染料廢水，其脫色率為98.3%，COD去除率為67.0%。

染料廢水；臭氧氧化；臭氧聯(lián)用技術(shù)；色度；COD

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人口的增加，對于棉、毛、化纖等紡織產(chǎn)品的需求量大大增加，染料廢水也隨之產(chǎn)生[1-2]。染料廢水來源廣泛，具有有機(jī)物濃度高、水量大、顏色深、水質(zhì)復(fù)雜、可生化性差、毒性較大等特點(diǎn)[3-5]。我國是染料生產(chǎn)大國，每年有1億t左右的染料廢水進(jìn)入水環(huán)境中[6-8]，不僅造成了染料的極大損失，也給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的危害。由于染料廢水處理難度較大，且成本較高，尋求經(jīng)濟(jì)有效的處理方法至關(guān)重要[9]。目前，我國染料廢水脫色處理方法有很多，混凝法會產(chǎn)生大量污泥，只適合去除疏水性物質(zhì)；膜分離法與吸附法分別用到了生物膜和活性炭，導(dǎo)致投資造價(jià)高，再生性差[3]；光催化氧化雖然處理效率較高，但現(xiàn)如今技術(shù)尚未成熟，未能應(yīng)用到大規(guī)模處理中[11]；生化法所需的微生物較難培養(yǎng)，且其去除色度效率低，該方法很難達(dá)到較好的處理效果[11]。

臭氧氧化作為一種高級氧化技術(shù)，近幾年被用來去除染料廢水的色度和難降解有機(jī)物。但是單獨(dú)的臭氧氧化因其主要以直接氧化為主，氧化具有很強(qiáng)的選擇性、氧化速率較慢、利用效率不高等缺陷，使其在廢水處理上具有局限性[12]。本試驗(yàn)采用單獨(dú)臭氧氧化、單獨(dú)紫外催化、臭氧-紫外高級氧化、臭氧-雙氧水氧化以及臭氧-鐵炭聯(lián)用5種氧化方法對染料廢水進(jìn)行處理，探究各種方法對于染料廢水色度、COD的去除效果，從而選出適合該染料廢水的最佳方案。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)廢水

試驗(yàn)廢水取自某染料廠，分為母液、洗液和混合液，廢水的初始指標(biāo)如表1所示。

表1 原廢水指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)儀器與藥品

試驗(yàn)儀器：O3/UV高級氧化實(shí)驗(yàn)裝置，722型分光光度儀，AUY220電子天平，回旋式水浴恒溫振蕩器；藥品：重鉻酸鉀，硫酸銀，硫酸汞，鄰苯二甲酸氫鉀，碘化鉀，氫氧化鈉，以上試劑均屬分析純；濃硫酸（AR）。

1.3 試驗(yàn)裝置

圖1 臭氧高級氧化試驗(yàn)裝置

1.4 試驗(yàn)方法

通過試驗(yàn)，確定最佳的pH值和合理的臭氧流量。在最佳pH值和最合理的臭氧流量下，采用單獨(dú)臭氧、臭氧-紫外高級氧化技術(shù)處理3種不同濃度的染料廢水，探究反應(yīng)濃度對臭氧高級氧化技術(shù)處理染料廢水效果的影響。在最適條件下，通過用不同臭氧高級氧化技術(shù)處理染料廢水的母液，確定最佳的處理方案。

2 結(jié)果討論

2.1 反應(yīng)濃度對臭氧處理效果的影響

為了探究反應(yīng)濃度對臭氧處理效果的影響，本試驗(yàn)采取了單獨(dú)臭氧氧化法對3種不同濃度的廢水（母液、混合液、洗液）進(jìn)行處理，控制純氧流量為100 L/h，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同濃度的原染料廢水色度去除的情況

從圖2可知單獨(dú)臭氧氧化對3種原廢水進(jìn)行脫色率都在90%以上。對于濃度很低的洗液來說，脫色速率更快，在1 h左右就達(dá)到了最佳效果。而濃度相對較高的母液和混合液，其達(dá)到最佳脫色效果的時(shí)間在2 h左右。雖然母液最終脫色率為92%，比洗液的脫色率高1%，但綜合反應(yīng)時(shí)間（即能耗問題），說明臭氧氧化法對于濃度較低的染料廢水，色度去除效果更好。

2.2 臭氧流量對臭氧氧化處理效果的影響

為了討論不同臭氧流量對臭氧氧化處理染料廢水效果的影響及確定最佳處理流量，本試驗(yàn)采用臭氧氧化的方法對染料廢水的母液進(jìn)行處理，改變純氧流量，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3顯示，對比其他3個(gè)臭氧流量，在純氧進(jìn)氣量80 L/h時(shí)，染料廢水在60 min時(shí)色度去除率最高，達(dá)到了90%，主要是由于純氧流量低時(shí)，產(chǎn)生的臭氧量小，會影響處理效果；而臭氧產(chǎn)生量較大時(shí)，影響其在廢水的溶解量，也會影響處理效果。根據(jù)這4組試驗(yàn)，從經(jīng)濟(jì)和處理效率綜合考慮，后續(xù)試驗(yàn)以80 L/h的純氧流量最合適。

2.3 不同pH值對處理效果的影響

圖3 不同臭氧流量對染料廢水色度去除的情況

為了討論染料廢水的初始pH值對臭氧高級氧化處理染料廢水的效果的影響，本試驗(yàn)采用了臭氧氧化方法，研究初始pH與處理效率之間的關(guān)系。

圖4 臭氧條件時(shí)染料廢水pH值對色度以及COD去除的影響

從圖4可知，隨著初始pH值的增加，采用臭氧氧化方法，在相同臭氧投加量、相同處理時(shí)間條件下對染料廢水進(jìn)行處理時(shí)，色度去除率并沒有呈現(xiàn)特別明顯的規(guī)律。但是色度去除率在上升，在廢水pH值為1和8時(shí)，脫色效果較好（圖4a）；從COD去除效果來看，pH為1時(shí)去除率不高，而pH在中性范圍時(shí)COD去除率可以達(dá)到60%。綜合色度以及COD去除率，臭氧氧化方法在pH為8時(shí)對染料廢水脫色處理效果好，而在強(qiáng)酸或是強(qiáng)堿時(shí)，總體處理效果相對較差。所以后續(xù)的試驗(yàn)都在弱堿性下對染料廢水進(jìn)行處理。

2.4 最適條件下對染料廢水進(jìn)行處理

2.4.1 不同濃度對處理效果的影響

本試驗(yàn)采取了單獨(dú)臭氧氧化、臭氧-紫外高級氧化兩種臭氧高級氧化方法，選取了母液、混合液、洗液三種不同濃度的染料廢水，控制純氧流量為80 L/h，研究初始濃度與處理效率之間的關(guān)系。

圖5 染料廢水初始濃度對色度和COD去除的影響

圖5 顯示，隨著初始濃度的降低，采取臭氧-紫外高級氧化方法，在相同臭氧投加量、相同處理時(shí)間上染料廢水的色度去除率都在上升，說明臭氧-紫外高級氧化方法對染料廢水進(jìn)行脫色處理效果都很好，且最終脫色效率近乎100%。單獨(dú)臭氧處理時(shí)，起初對于濃度較高的廢水脫色效果較好，中間有一點(diǎn)時(shí)間發(fā)生波動(dòng)，最終的處理效率也是濃度低的脫色效果更好，且最終的變化趨勢穩(wěn)定?？赡苁窃谡{(diào)pH值時(shí)會產(chǎn)生大量沉淀，影響廢水的脫色效果。COD去除效果顯示：隨著初始濃度的降低，染料廢水的COD去除效果變差，雖然有所波動(dòng)，但是從總體來說都在下降，在一定濃度范圍內(nèi)，較高濃度的染料廢水的COD去除率更快（濃度母液＞混合液＞洗液），COD去除效果更好。而對于初始濃度低的染料廢水，COD去除效率較差。

2.4.2 不同處理方法對處理效果的影響以及最佳方案的選擇

為了討論各種臭氧高級氧化處理染料廢水的效果的影響，本實(shí)驗(yàn)采用單獨(dú)臭氧、單獨(dú)紫外、臭氧-紫外高級氧化、臭氧-鐵炭以及臭氧-雙氧水5種方法，處理對象選取了染料廢水的母液，控制純氧流量為80 L/h，pH值為8，處理時(shí)間為180 min。

由圖6可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增長，各種臭氧高級氧化方法對于染料廢水的色度及COD的去除率都呈現(xiàn)上升趨勢，但是坡度在逐漸趨于平穩(wěn)，處理120 min時(shí)幾乎趨于穩(wěn)定，說明各種處理方法在120 min后對于染料廢水的處理效果已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。

圖6 不同處理方法對染料廢水色度和COD去除的效果

綜合這幾種處理方法，臭氧-紫外高級氧化的方法對于染料廢水的色度去除效果最好，且在很短的時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到好的效果，最終處理的染料廢水接近無色。對于COD的去除，臭氧-紫外高級氧化方法起初的去除速率較快，但最終的去除率略低于臭氧-鐵炭氧化方法。但是綜合色度和COD兩項(xiàng)指標(biāo)，臭氧—紫外高級氧化方法是最佳的處理方案（試驗(yàn)裝置已在前面給出）。

3 結(jié)論

根據(jù)上述試驗(yàn)和分析，可得出如下結(jié)論：

（1）在一定濃度范圍內(nèi)，低濃度的染料廢水的色度去除效果更好；隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，染料廢水的色度去除率得到有效提高，色度去除效果有所提升；對于用臭氧高級氧化方法處理染料廢水時(shí)，最佳的pH值是8，最合理的純氧進(jìn)氣量是80 L/h。依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，染料廢水在調(diào)pH值到弱堿性時(shí)，會產(chǎn)生大量的沉淀，待靜置后，其色度和COD都有所下降，便于后續(xù)的處理。

（2）5種不同的臭氧高級氧化方法在最適的條件下對染料廢水進(jìn)行處理時(shí)，隨著時(shí)間的增加，色度以及COD的去除率都在上升，但是上升的幅度逐漸降低。臭氧-紫外高級氧化方法對于該染料廢水色度去除效果最好，最終能處理至幾乎無色，且其COD去除率達(dá)到67.0%。

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A Study on The Treatment of Dye Wastewater by Ozone Advanced Oxidation

Jia Tongtong,Shan Haiqiang
（Academy of Environment and Safety Engineering,Qingdao University of Science and Technology,Qingdao Shandong 266042,China）

The ozone advanced oxidation technology was used to treat the dye wastewater,and the removal efficiency of COD and chroma was studied.Under the optimum conditions,the dye wastewater was treaded by the Ozone alone,UV alone,Ozone-UV Ozone-H2O and Ozone-Iron Carbon.The results showed that the optimum conditions were as follows:pH=8,ozone flow of 80 L/h,reaction time of 2 h.The best treatment scheme:Ozone-UV advanced oxidation technology,the decolorization rate was 98.3%,and the COD removal rate was 67.0%.

dye wastewater,ozone oxidation,ozone combined techniques,chroma,COD

X703

A

1008-813X（2017）06-0064-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.06.17

2017-08-02

賈通通（1991-），男，山東東營人，青島科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)碩士研究生在讀，主要從事廢水處理的研究。

（編輯：程 ?。?/p>