銘盛環(huán)境——工業(yè)污水，工業(yè)廢水處理專家，提供污水處理解決方案

　　印染工業(yè)產(chǎn)生大量高色度、高化學(xué)需氧量(CODCr)、懸浮物與含銻重金屬廢水濃度。染料具有致癌性和致突變性，未經(jīng)處置排放自然界會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境形成嚴(yán)重毀壞，最終影響人類本身。染整工業(yè)原料中，印染助劑具有復(fù)雜的芳香族分子構(gòu)造，如圖1所示，難以生物降解等特性。通常用作初級(jí)處置的物理辦法，如沉淀、吸附和混凝。由于一級(jí)處置后的CODCr含量仍很高，所以需求進(jìn)一步采用化學(xué)或生物降解等處置辦法。但是，生物過程較慢，特別是在脫色過程中需求較大比外表積。運(yùn)用電化學(xué)技術(shù)去除了顏色，但未去除COD含量。上述各種辦法有其實(shí)踐應(yīng)用瓶頸。

　　通常來說，化學(xué)辦法的應(yīng)用較為簡單，需求氧化劑，如H2O2、O3和羥基自在基。O3是一種強(qiáng)氧化劑(E0=2.07V)，用來處置氧化含酚和氰化物的工業(yè)廢水。由于其偶極性質(zhì)，O3既能夠作為親電和親核試劑發(fā)作反響，也能夠與大多數(shù)具有雙鍵的化合物發(fā)作偶極環(huán)加成反響。眾所周知，O3是一種強(qiáng)氧化劑，能毀壞染料的雙鍵和其他官能團(tuán)，如復(fù)雜芳香環(huán)。本文研討O3濃度、廢水流速對(duì)COD去除率的影響。調(diào)查O3氧化過程中廢水的pH值和電導(dǎo)率。研討連續(xù)攪拌釜式反響器(CSTR)中COD去除的動(dòng)力學(xué)模型。以期為印染工業(yè)廢水處理方式辦法選擇提供參考。

　　一、實(shí)驗(yàn)局部

　　1.1 資料

　　本文廢水樣品取自浙江省溫州市某印染行業(yè)重點(diǎn)排污監(jiān)管企業(yè)。由于各生產(chǎn)車間廢水水質(zhì)動(dòng)搖較大，因而，將廢水經(jīng)過電絮凝預(yù)處置，在電凝前COD含量約為1300mg•L-1，電凝后COD含量約為780mg•L-1。O3濃度和pH值參數(shù)的其他實(shí)驗(yàn)運(yùn)用廢水的參數(shù)見表1。

　　O3由臭氧發(fā)作器生成，臭氧發(fā)作器購自青島同鑫凈化設(shè)備有限公司，型號(hào)JC-3。O3輸出量0~5g•h-1，O2輸出速度為5~15L•min-1。臭氧發(fā)作器的出口端口與深管相連，O3氣體經(jīng)過反響器底部的管狀散布器保送到反響器。經(jīng)過在反響器出口捕獲過量的O3，并與2%碘化鉀溶液捕集器相連，對(duì)剩余O3實(shí)施合成。

　　1.2 電凝聚-連續(xù)攪拌槽反響器(CSTR)

　　采用1.5L容量的自行設(shè)計(jì)的電凝反響器。陽極和陰極采用Al/Al，兩電極間距為2cm。電極與直流電源相連。鋁板尺寸為8cm×8cm，厚度為2mm。

　　EC過程運(yùn)轉(zhuǎn)10min，搜集EC工藝的出水作為O3氧化工藝的進(jìn)水。采用與電凝聚廢水搜集罐相連的玻璃容器，研制了容積為1250mL的CSTR。臭氧從O3發(fā)作器進(jìn)入CSTR，經(jīng)過反響器底部的擴(kuò)散器擴(kuò)散，實(shí)驗(yàn)所用的處置系統(tǒng)安裝表示圖見圖2。

　　1.3 水質(zhì)參數(shù)剖析

　　COD的測定采用《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》(HJ828-2017)，色度測定采用《水質(zhì)色度的測定》(GB11903-89)，總懸浮物采用《水質(zhì)懸浮物的測定重量法》(GB11901-89)。用METTLER公司的pH計(jì)和電導(dǎo)計(jì)丈量pH值和電導(dǎo)率。

　　用GC-MS剖析了廢水中染料的組成。GC系列為Agilent7890，MS為Agilent5975，色譜柱為HP5MS，柱長30m，直徑0.2μm。用硫代硫酸鈉氚化法測定了KI溶液中的O3濃度。耗費(fèi)的O3被計(jì)算為：產(chǎn)生的O3-O3被截留在KI捕捉器中，假定沒有O3殘留到環(huán)境中。

　　1.4 O3氧化工藝

　　采用O3氧化法，在工作容積為800mL、攪拌轉(zhuǎn)速為200r•min-1、溫度為30℃的CSTR中調(diào)查了COD的降解性能。實(shí)驗(yàn)O3濃度為2.70%，4.25%，5.86%V/V，廢水流速(30，50，70mL•min-1)，采樣距離2.5h。

　　二、結(jié)果和討論

　　2.1 O3濃度的影響

　　O3氧化的機(jī)理主要有兩條途徑：

　　(1)有機(jī)物與分子O3作用相對(duì)應(yīng)的直接途徑。

　　(2)是由O3合成成自在基的間接途徑，其中的反響是由羥基自在基(OH•)引發(fā)的。廢水中含有大量的含有芳香雙鍵的偶氮染料。在O3氧化前，采用分批電凝法處置廢水。

　　實(shí)驗(yàn)在O3濃度為2.7%、4.25%和5.86%時(shí)實(shí)施，廢水流速(u)為50mL•min-1。假定O3在廢水中完整溶解，則反響可視為均相反響。由于O3被過量供應(yīng)，所以化學(xué)反響是一個(gè)偽一級(jí)反響。在CSTR模型中，得到式(1)：

　　式中Cao：初始COD濃度，Caf：最終COD濃度，T：反響時(shí)間，k為一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)。

　　擬一階模型與O3氧化前10min的數(shù)據(jù)吻合(圖3)，因而，依據(jù)式(1)能夠計(jì)算得出不同O3濃度下的擬一階動(dòng)力學(xué)常數(shù)，見表2。

　　在O3氧化的前10min取得了批量實(shí)驗(yàn)的偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)，運(yùn)用5.86%V/VO3的k'值與批量實(shí)驗(yàn)的k'值類似，均為0.052min-1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明，O3濃度越高，COD去除率越高，見圖3。

　　假如設(shè)定處置時(shí)間為150min，不同O3濃度條件下(2.70%，4.25%，5.86%)COD去除率為33.2%、49.6%、90.8%。由于總排口廢水納管接入污水處置廠，間接排放允許排放的COD濃度為200mg•L-1，因而，能夠運(yùn)用表2所示的k'值重新計(jì)算所需的反響時(shí)間和反響器體積。以50mL•min-1的流速(u)穩(wěn)定取得廢水中200mg•L-1以下的COD濃度，需求更大的反響堆容積(V)和更長反響時(shí)間(子)來降低O3運(yùn)用濃度(表3)。

　　假如設(shè)定處置時(shí)間為150min，不同O3濃度條件下(2.70%，4.25%，5.86%)COD去除率為33.2%、49.6%、90.8%。由于總排口廢水納管接入污水處置廠，間接排放允許排放的COD濃度為200mg•L-1，因而，能夠運(yùn)用表2所示的k'值重新計(jì)算所需的反響時(shí)間和反響器體積。以50mL•min-1的流速(u)穩(wěn)定取得廢水中200mg•L-1以下的COD濃度，需求更大的反響堆容積(V)和更長反響時(shí)間(子)來降低O3運(yùn)用濃度(表3)。

　　2.2 廢水流速的影響

　　實(shí)驗(yàn)當(dāng)選擇O3濃度為4.25%，廢水流速在30~70mL•min-1。研討結(jié)果標(biāo)明，廢水流速越大，COD去除率越低，見表4。

　　COD降解曲線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與式(1)中的模仿耦合，如圖4所示。

　　從圖4中能夠看出，以30mL•min-1的廢水流速對(duì)COD的去除效果最好，當(dāng)恒定體積條件下，流速越小，反響接觸時(shí)間越大，在單一CSTR中轉(zhuǎn)化率較高。

　　但是，廢水流速較小在實(shí)踐工程運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需求加大反響器尺寸，從經(jīng)濟(jì)角度來看，增加了工程本錢。因而，如表3所示，運(yùn)用較高濃度O3比運(yùn)用低廢水流速更有利。所以，基于以上各方面思索，選擇廢水流速為50mL•min-1與O3濃度5.86%較適用于容積為1150L的CSTR反響器，出水能夠到達(dá)國度規(guī)則的COD排放規(guī)范。CSTR反響器體積1150L、攪拌轉(zhuǎn)速200r•min-1、廢水流速50mL•min-1、反響接觸時(shí)間23min，O3濃度5.86%V/V處置工藝參數(shù)條件下，COD出水可維持在約200mg•L-1的最佳性能。

　　2.3 O3氧化過程中的pH值和電導(dǎo)率曲線

　　O3氧化過程中pH值和電導(dǎo)率沒有明顯變化，pH值和電導(dǎo)率根本堅(jiān)持不變，可見臭氧氧化后pH值僅降落了0.4個(gè)單位(圖5)。

　　O3處置后廢水溶液電導(dǎo)率略有降低(圖6)。

　　圖6標(biāo)明，該廢水中總?cè)芙夤腆w(TDS)穩(wěn)定。這兩個(gè)參數(shù)都是在O3氧化反響過程中依據(jù)耗費(fèi)臭氧量來肯定的。這一結(jié)果與相關(guān)學(xué)者之前所做的工作相似。由于O3氧化對(duì)pH值和電導(dǎo)率沒有顯著影響，因而，處置后不需求額外的費(fèi)用來調(diào)理pH值。此外，O3在堿性介質(zhì)中的工作效果較好，O3(E0=2.8eV)氧化才能隨著高活性羥基自在基(HO•)的構(gòu)成而增加，這能夠有效地攻擊染料化學(xué)的雙鍵，從而降解印染助劑中復(fù)雜的芳香族化合物。

　　三、結(jié)論

　　O3處置工藝對(duì)染整廢水中產(chǎn)生的化合物有很好的去除效果，最佳O3處置時(shí)間為23min，反響器體積為1150L，流速為50mL•min-1，O3濃度為5.86%V/V。擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)為0.053min-1，O3氧化過程中pH值和電導(dǎo)率無明顯變化。為印染廢水處置方式辦法選擇提供參考。