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臭氧氧化处理分散染料实际生产废水方法

发布时间:2021-2-22 15:49:00  中国污水处理工程网

  分散染料废水具有高复杂成分,色度及处理难度大的特点,是高浓度有机废水较难处理的工业废水之一,而且,我国作为染料加工生产的大国,其产量占据全球的62%-75%,据数据统计,每吨染料的生产均有2%的产物随废水排出,不仅造成染料的大量流失,带来巨大的经济损失,并引致环境污染问题。根据美国C.I的分析,分散染料的种类数以万计,其具有复杂的结构、难降解性及可生化性低的问题,显性或潜在的毒性巨大,一旦未经处理直接排向水体,将对水体微生物环境及土壤造成明显的伤害,进而危害人类生存环境,面对如此紧迫形势,加之节能减排政策的引领,如何高效、清洁的处理分散染料实际生产过程的废水至关重要。而基于臭氧氧化处理方法可高效的处理难降解或降解时间长的有机物,但具有氧化选择性的缺点,研究将其与紫外线、活性炭等技术融合,探究其联合应用的工艺和效果,以期为相关研究提供有效参考。

  1、臭氧氧化废水处理方法的基本原理

  臭氧氧化废水处理方法是以臭氧氧化剂为基料,对染料废水进行净化、消毒灭菌处理,在处理过程中,臭氧与废水之间产生的反应异常复杂,具体涉及如下反应过程,首先臭氧气体分子从气相中扩散至相间界面处,而后两相中的反应物质浓度在界面达到近似水平时,就会呈现出物理平衡状态;随后,臭氧会从相见界面上扩散至液相之中进行化学反应,最终,基于浓度梯度引发反应产物的扩散。在各类生化、物化的作用下,臭氧可将废水中高分子的有机物转化为低分子,将非极性物质转化为极性物质,为此,臭氧并非显著降低废水的有机物,但可利用其强氧化性改变有机污染物的结构和性质,将难降解或降解时间过长的有机物转变为易于氧化讲解的小分子物质。

  结合以往研究,臭氧氧化主要利用臭氧分子及其水相中分解的羟基自由基,而实现对苯酚、甲苯及苯酚等芳香族化合物具有高效的降解作用,可见,其处理工艺存在两种路径,如图1所示,一是直接氧化,因为臭氧分析自身呈现出亲核、亲电性等特质,容易与废水中有机物产生相应反应,进而攻破苯酚、苯胺类污染物官能团的邻位,进而产生可生物降解的酸类物质;二是,O3分子受到催化作用下产生羟基自由基,进而形成链式反应,通过羟基自由基来间接实现氧化作用,达到对各类有机污染物的降解作用,实现废水处理。

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  2、臭氧氧化废水处理的联合技术分析

  分散染料中难以降解的苯胺类、苯酚类有机物存在一定的生物毒性,而臭氧氧化废水处理技术,利用O3分子的氧化作用可以公平有机污染物中的不饱和键,利用羟基自由基的间接氧化破坏苯环和复杂的杂环结构,将芳香族有机物氧化为长链脂肪酸,以此达到废水的污染物降解。但是臭氧氧化的废水处理方法,也存在既定缺陷,诸如O3的生产制备成本畸高,但利用效率低,增加了处理成本,且O3与有机污染物的氧化反应存在较强的选择性,臭氧在短期内或低剂量下,无法将废水中的有机污染物彻底矿化,氧化效率和处理效果受限。而为提升O3氧化效率,加速分散染料中废水有机污染物的分解速率,臭氧联合技术应运而生,研究主要引入以下两种。

  2.1 臭氧/紫外光联合技术

  臭氧/紫外光联合技术也即以紫外线为能源,O3分子为氧化剂,让O3分子在紫外线的催化作用下,分解出更多的·HO来强化O3分子的氧化能力,以提升分散染料废水中有机污染物的能力。该联合技术之所以较单独臭氧氧化处理技术的氧化效率高,是因为在紫外线作用下,废水中的有机污染物可产生活化反应,而且?HO既可以由O3分子自身分解,也可降解中H2O2催化作用下由O3分子分解产生,由此便可极大的提升废水有机物的降解效率。

  2.2 臭氧/活性炭联合技术

  活性炭属于物理吸附法,主要利用活性炭的表面活性,将废水中的污染物聚集其表面从而达到排污处理的目的,因其具有可重复利用性,是目前分散染料废水处理中最常用的方法,而臭氧/活性炭联合技术便充分利用了臭氧氧化与活性炭的吸附效应,先利用臭氧的氧化效应来提升有机物的可生化性,并让胶体状、溶解态的有机物产生絮凝生成可沉淀、能滤除的物质,以有效去除废水中的色度、嗅味、铁和有机物,而活性炭可吸附废水中小分子物质和臭氧,利用聚集的臭氧进一步氧化降解有机物,实现废水的净化处理。

  3、臭氧氧化处理联合技术的工艺方法及效果分析

  为探究臭氧氧化处理分散染料实际生产废水的联合技术,以及其处理效果,研究将采用实验方法,进行具体分析。

  3.1 实验方法

  实验中采用的是直径、高分别为800mm、2000mm的臭氧/紫外光或活性炭发生器,有效容积为1m3,每个40mm在反应器底部由下往上每间隔400mm设定4个取样口,利用内置气泵压缩空气中的氧化转化臭氧,且臭氧浓度可通过外部旋转钮进行实时调节,最大功率为15g/h。同时,采用密封圆筒作为分散废水与O3进行氧化的反应器,且内部竖向均匀布设20根紫外光灯,以石英玻璃管罩住,底部为微气泡发生器,顶部为漏斗式废气回收装置,利用活性炭吸附废气中残留的臭氧,而后排入空气中。

  3.2 实验材料

  研究采用某分散染料分散蓝偶氮实际生产中产生的废水为研究对象,分散染料生产过程为4步,2-氰基-4-硝基苯胺经加成、氧化闭环后,得到3-氰基-5-硝基苯胺-2-1苯并异噻唑,而后利用硝酰硫酸为重氮化试剂,让其通过重氮化反映获得重氮组分,以N-乙基-N-氰乙氧乙基间甲苯胺(芋)为偶合组分,经由偶合反应得到产品发色体,最后,利用砂磨、分散打浆、喷雾干燥得到所需的分散蓝染料。该类染料中废水主要为蒸馏、水洗、压滤过程中排出的混合废水,其包含染料、中间及副产物及有机污染物等,废水为强酸性,色度为1200-1500倍,总氮为500-550mg/L,氨氮为20-30mg/L。

  3.3 实验指标

  CODcr为分散染料废水中有机污染物的核心参数,研究采用2h哈希快速消解分光光度法,以光度计测定其吸光度,实际测量中将2mL水样、3ml消解液和定量的HgSO4置入消解管作为Cr掩蔽剂,在150℃下消解2小时后冷却至常温,以光度计测定CODcr值。同时,利用紫外分光光度计全波段扫描分散染料废水,得出最大吸收波长的吸光度来表示精臭氧联合技术处理后的废水脱色情况,计算公式为:

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  上式中,A0、Ai分别为臭氧氧化前及氧化后的吸光度。

  3.4 实验结果

  为验证单独臭氧氧化处理废水方法与臭氧联合技术方法的差异性,研究选用400mg/L的分散蓝染料废水,纯氧流量控制为6g/h,40min处理时间,实验中,以min为时间单位,分别在0、10、20、30、40、50、60等时间点从反应器取样,对测量数据进行标号,在同等浓度下利用3种臭氧氧化处理方法进行废水处理,所得结果如图2、图3所示。

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  结合图2、图3可知,在同等的反应时间和废水浓度条件下,采用单纯臭氧氧化、臭氧/紫外光联合技术、臭氧/活性炭联合技术等废水治理方法,对于CODcr去除率及脱色效率最优的为臭氧/紫外光联合技术,以该联合技术进行废水处理方法,效率和效果更优,其可为分散染料实际生产中废水的净化排污及节能提供有效支撑。

  4、结束语

  臭氧氧化是是分解高浓度、复杂组分的分散染料废水最常用的方法,但是单纯的臭氧氧化方法,表现出较强的选择性,废水有机物氧化速率慢,处理效率不高,在实践应用中存在较大的局限性。为弥补该项不足或缺陷,上述研究融合活性炭、紫外线等生物或化学处理技术,在催化或吸附作用的影响下,可快速降解、去除沉淀的有机危害物、色度等的优势,将其与臭氧氧化技术联合,用以改善分散染料废水处理的工艺方法和流程,且验证了实际应用效果。(来源:延安大学西安创新学院)

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