臭氧氧化酸性玫瑰红染料模拟废水及动力学特性分析_田兆龙

酸性玫瑰红是印染行业很常见的一种染料，属于氧杂蒽染料，难以生物降解，也不能混凝去除[1]，因而采用传统的厌氧+好氧+混凝的处理技术难以达到良好的效果[2]。因此探求此类染料废水的高效处理方法具有很重要的现实意义。对难生化降解的废水，采用高级氧化技术提高难降解物质的生化性是一种有效的处理手段[3]。臭氧作为常用的高效氧化剂，以其氧化能力强、反应速度快、不产生污泥和无二次污染的特点而被广泛应用于难降解废水的处理中[4]。本文采用臭氧作为染料废水的前处理技术，研究了酸性玫瑰红被臭氧氧化的特性以及动力学分析，并进一步探讨染料浓度以及pH对臭氧氧化的影响，以期为实际应用中选择合适的工艺参数提供理论依据。1试验部分1.1试验材料及分析方法酸性玫瑰红，深红色粉末，市购。臭氧的测定采用碘量法[5]，废水的pH、COD的检测均参照标准检测分析方法[6]。对酸性玫瑰红溶液及其臭氧氧化产物进行全谱扫描时发现，560nm波长下出现最大的吸收峰值。因此，用560nm的吸光度来表征酸性玫瑰红被臭氧氧化后的脱色情况。试验开始时，将一定量的模拟废水根据试验需要加入到反应柱中，开通臭氧发生器，用流量计计量气体流量，在指定的时刻取反应柱中微量废水测定COD、吸光度、pH。1.2试验装置试验装置主要包括臭氧投加系统和臭氧反应柱2大部分，具体流程见图1。主要设备及参数：进水罐：Φ500mm×600mm；臭氧发生器：2mg·L-1；气体流量计：5～25L·min-1；臭氧反应图1臭氧氧化反应装置Fig.1Schemeofozonationgenerator�����������������������臭氧氧化酸性玫瑰红染料模拟废水及动力学特性分析田兆龙，汪晓军，葛启龙，齐鲁青，李豪（华南理工大学环境科学与工程学院，广东广州510640）摘要：研究了酸性玫瑰红废水的臭氧氧化特性和动力学规律。结果表明，臭氧对酸性玫瑰红废水的脱色具有十分理想的效果。当臭氧投加量为2.72mg·L-1·min-1，pH为7，酸性玫瑰红质量浓度为100mg·L-1时，酸性玫瑰红在40min内的脱色率到达97%以上，COD去除率为53.3%；在反应0～10min，10～20min，20～30min时，臭氧氧化酸性玫瑰红的反应分3段符合1级反应过程，反应速率常数逐渐增大。进一步研究表明，臭氧氧化反应速率还随着染料质量浓度和pH的上升不断下降。关键词：酸性玫瑰红；臭氧氧化；动力学中图分类号：X703.1；X788文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)11-0066-003收稿日期：2011-04-08基金项目:国家自然科学基金资助项目（51078149）；广州市科技计划资助项目（2009Z1-E751）作者简介：田兆龙（1988－），男，硕士研究生，研究方向为水处理；E-mail：tzl19880917@163.com联系作者：汪晓军；联系电话：13802767806；E-mail：cexjwang@scut.edu.cn第37卷第11期2011年11月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.11Nov.,201166DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.11.016柱：Φ115mm×1400mm；出水罐：Φ500mm×600mm。2结果与讨论2.1酸性玫瑰红臭氧氧化效果在质量浓度为100mg·L-1的酸性玫瑰红模拟废水中通入2.72mg·L-1·min-1的臭氧，反应器中废水的体积为5L，pH为7。酸性玫瑰红废水在40min内的吸光度和COD的去除率变化如图2所示。由图2可知，酸性玫瑰红模拟废水的吸光度去除率在26min之内达到了97%以上，而COD的去除率则相对吸光度而言上升得比较缓慢，在40min的时候也只能达到53.3%。分析原因认为，酸性玫瑰红中的发色基团在反应中首先被臭氧分子氧化，使其断裂生成中间产物，从而导致吸光度的下降速度很快。在形成中间产物的过程中，只是一些大分子基团分解成小分子[7]，水中有机物浓度相比臭氧氧化前变化不大。在发色基团基本被分解完全后，臭氧分子才开始进一步氧化中间产物[8]，得到一定的COD去除率。2.2臭氧氧化动力学臭氧与有机物反应的动力学方程[9-10]一般为：-dρdt=k[O3]·ρ式中，ρ为水中有机物质量浓度；[O3]为时间t内臭氧的平均浓度；k为臭氧氧化的反应速率常数；t为反应时间。积分后：ln(ρtρ0)=-k[O3]·t式中，ρ0为水中染料的初始质量浓度；ρt为t时刻水中染料的质量浓度；k为臭氧氧化反应的速率常数；[O3]为t时间内臭氧投加平均质量浓度。本试验中，以560nm的吸光度来表征水中酸性玫瑰红的氧化降解情况，因而，以ln(At/A0)和反应时间作曲线得到