臭氧对印染废水的脱色和预处理研究

臭氧对印染废水的脱色和预处理研究臭氧对印染废水的脱色和预处理研究论文作者：黄报远金腊华汤心虎卢显妍刘慧璇张娜摘要：研究了不同条件下臭氧对活性艳红X-3B模拟废水的降解、脱色效能及其反应动力学特性。结果表明，随着模拟废水初始pH的升高，活性艳红X-3B的脱色速率明显加快;臭氧化活性艳红X-3B的过程为一级反应，表观速率常数、脱色速率均随初始浓度的升高而降低;经臭氧化处理后，模拟废水的BOD5/CODCr从原来的0.102提高到0.405，而实际废水则从原来的1.159提高到0.355，改善了废水的可生化性。。关键词：臭氧化活性艳红X-3B脱色动力学普遍存在于印染废水中的偶氮染料稳定性高、水溶性大，是一种难降解的有机物。传统的化学氧化法和生物法难以取得令人满意的效果。臭氧的氧化性极强，在自然界中其氧化还原电位仅次于氟，常用于工业废水的杀菌消毒、除臭、脱色等[1]。臭氧化技术作为一种高级氧化技术近年来被用于去除染料和印染废水的色度和难降解有机物。其反应原理主要是通过活泼的自由基(OH·)与污染物反应，使染料的发色基团中的不饱和键断裂，生成分子量小、无色的有机酸、醛等中间产物[2]，这些中间产物难以被臭氧彻底矿化，但能够被微生物进一步降解，所以臭氧化处理可以作为印染废水的预处理阶段，提高废水的可生化性。本实验研究了不同条件下臭氧对偶氮染料活性艳红X-3B模拟废水的降解、脱色效能及其反应动力学特性，探讨了臭氧对活性艳红X-3B的降解过程，以及臭氧对实际废水的脱色和可生化性的影响，为印染废水的臭氧处理技术提供了一些可参考的参数。1实验1.1试剂与仪器试剂活性艳红X-3B，市售。实验仪器pHS-3C型pH值计，上海雷磁仪器厂;Spectrumlab54型紫外可见分光光度计，上海棱光技术有限公司。1.2实验装置反应装置主要由制氧机、臭氧发生器、反应器、剩余臭氧吸附器等四部分组成(见图1)。本实验采用北京北辰科技发展公司制造的FY3医用保健制氧机与广州威固环保设备有限公司制造的VG03-05型臭氧发生器联用，其臭氧最大产量可达到5g/h，并可调节浓度和气体流量。反应器高1m，内径10cm，臭氧从底部的微孔曝器进入反应器，剩余臭氧用活性炭尾气处理装置吸收。图1反应装置图1.制氧机;2.臭氧发生器;3.反应器;4.活性炭尾气处理装置1.3分析方法活性艳红X-3B的浓度采用分光光度法测定。在537nm时，活性艳红X-3B吸收度和浓度符合朗伯-比尔定律：式中：A为吸光度;C为活性艳红X-3B的浓度。式中：A0为原水吸光度;At为反应t时间后水样的吸光度。实际废水的色度采用稀释倍数法;臭氧浓度采用碘化钾滴定法。1.4实验步骤取4L一定浓度由活性艳红X-3B和蒸馏水配制的模拟废水或实际废水于反应器中，开启制氧机和臭氧发生器，调节流量(为了突出不同初始条件对臭氧处理模拟废水的影响，实验采用较低的臭氧流量，1.08mg/min;而实际废水处理采用的流量则为10.04mg/min)，待臭氧流量稳定30min后通入反应器。每隔一定时间进行取样分析。分析项目包括pH、CODCr、BOD5和吸光度等。2结果与讨论2.1模拟废水初始pH对脱色率的影响活性艳红X-3B的起始浓度为50mg/L，调节pH依次为：3.55、7.00、9.00、10.00、11.00，通入臭氧进行处理，结果如图2所示。由图2可以看出，在碱性条件下，臭氧对模拟废水的脱色效果好，随初始pH的升高，脱色速度明显提高。初始pH为11.00的模拟废水在臭氧化30min时，脱色率可达98.11%;而初始pH为3.55的模拟废水脱色率只有44.48%。这主要是因为，废水的初始pH升高，水中OH-浓度增加，有利于臭氧分解链反应的引发，从而促进臭氧的自分解[3]，产生更多的强氧化性的羟基自由基(OH·)，活泼的OH·与活性艳红X-3B反应，使活性艳红X-3B中的发色基团的偶氮键断裂，加快了活性艳红X-3B的降解、脱色速度。考虑到经济和效率因素，臭氧化反应pH一般不宜超过10.3[4]。2.2活性艳红X-3B初始浓度对脱色率及动力学参数的影响图3是pH为5.35，活性艳红X-3B初始浓度不同时，相对于活性艳红X-3B的反应级数的确定。由图3可以看出，活性艳红X-3B浓度lg(C0/Ct)(其中C0是活性艳红X-3B起始浓度，Ct是经过t时间处理后活性艳红X-3B的浓度)与反应时间的关系为一条直线。表明在偏酸性条件下，活性艳红X-3B的臭氧化反应属于一级反应[5]。活性艳红X-3B初始浓度为10、20、30、40、50mg/L的模拟废水的表观速率常数k分别为0.0440、0.0278、0.0152、0.0114、0.0098L/(mg·min)，表观速率常数与活性艳红X-3B的初始浓度基本成反比。因此，当臭氧的浓度一