印染廢水處理中高級氧化技術的研究

余遠平

摘 要：利用高級氧化技術處理難降解有機廢水，具有反應速度快、適用范圍廣、處理效率高等優(yōu)點，因此，該技術被廣泛關注。結合印染廢水的特點，對印染廢水的高級氧化技術進行闡述，并指出了高級氧化技術在印染廢水處理方面的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：印染廢水；高級氧化技術；廢水處理；水質

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）11-0139-02

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，高濃度有機廢水對我國寶貴的水資源造成了威脅。利用現(xiàn)有的生物處理方法對可生化性差、相對分子質量從幾千到幾萬的物質進行處理是比較困難的，而高級氧化法（Advanced Oxidation Process，簡稱AOPs）可將其直接礦化或通過氧化提高污染物的可生化性。同時，該技術在環(huán)境類激素等微量有害化學物質的處理方面具有很大的優(yōu)勢，能夠使絕大部分有機物完全礦化或分解，因此，在廢水處理中受到了重視。

1 印染廢水的特點

印染廢水是加工棉、麻、化學纖維及其混紡產(chǎn)品為主的印染廠排出的廢水，其特點有以下幾個。

1.1 水質變化大

印染廢水是印染企業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的各種廢水混合物的總稱。有些企業(yè)排放的全部為生產(chǎn)廢水（包括生產(chǎn)廢水和輔助生產(chǎn)廢水），而有些企業(yè)排放的廢水中則含有部分生活污水，這使得該處的廢水水質經(jīng)常發(fā)生變化。因此，印染廢水排放與企業(yè)生產(chǎn)的織物品種、數(shù)量和所選用的染化料等多種因素有關。水質變化大時，在所排放的廢水中化學需氧量（COD）可達2 000～3 000 mg/L，且生化需氧量（BOD）與COD之比小于0.2，可生化性差。

1.2 色度大，有機物含量高

印染廢水屬于有機性廢水，其中所含的顏色和污染物主要是由天然有機物質（天然纖維所含的蠟質、膠質、半纖維素、油脂等）和人工合成有機物質（染料、助劑、漿料等）所構成。由于在印染加工中使用了大量染化料，而這些染化料不可能全部轉移到織物上，在水中有部分殘留，所以使得廢水的顏色變深。不同纖維織物在印花和染色過程中使用的染料不同，染料的上染率不同，染料的殘留形態(tài)也不同，這使得排放的廢水顏色也不相同。近年來，隨著大量新型助劑、漿料的使用，有機污染物的可生化性在降低，處理難度逐漸加大。

1.3 數(shù)量龐大

印染廢水的排放量很大，歐洲統(tǒng)計織物與排放廢水的重量比為1∶200～1∶150，我國的重量比約為1∶400～1∶200.我國紡織工業(yè)廢水排放量排在全國工業(yè)廢水排放量的第六位，其中，80%屬印染廢水。

1.4 水溫、水量變化大

因為加工品種、產(chǎn)量發(fā)生變化，導致水溫、水量呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的狀況。正是由于印染企業(yè)生產(chǎn)品種和生產(chǎn)工藝的多樣性，再加上印染企業(yè)排出的廢水的特點，所以，對其處理具有一定的難度，需要采用物理、化學、生物等多種方法組合進行處理。

1.5 pH值變化大

不同的纖維織物在印染加工中使用的工藝是不同的。在染色或印花過程中，為了使染色溶液和印花色漿更好地染到不同織物上，需要在不同pH值條件下進行染色，因此，不同纖維織物在印染加工中排放出的廢水pH值是不同的。因為在棉和混紡織物印染、加工過程中，很多工藝都需要加入堿，所以，廢水中的pH值較高。

2 處理印染廢水的高級氧化技術

2.1 超臨界水氧化技術

超臨界水氧化法（SCWO）是由 Modell 等于1982年提出的一種污水處理方法，是指在溫度和壓力值處于水的臨界點（374 ℃，22.1 MPa）以上時，徹底破壞水中污染物結構的高級氧化技術。水在臨界點以上時，其離子積、介電常數(shù)和密度下降，氫鍵減少，會形成一種具有良好的傳遞性和高擴散性的非極性介質，能與水中的有機物和氣體以任意比例互溶，形成單一、均相的體系。超臨界水氧化技術處理效率高、節(jié)約能源、無二次污染，COD 和有毒物質的去除率分別可以達到98%和99%以上。然而，高溫、高壓對設備性能要求較高，使得此技術的推廣受到一定阻礙。但是，隨著科技的不斷進步，超臨界水氧化技術定會得到廣泛應用。

2.2 濕式氧化技術

濕式氧化技術是在高溫（125～320 ℃）、高壓（0.5～10 MPa）的條件下，采用純氧或空氣作氧化劑，氧化水中懸浮態(tài)和溶解

態(tài)的有機物、還原態(tài)的無機物，使其反應生成水和二氧化碳的一種處理技術。該技術能夠徹底氧化一些難降解的有機物，降低水中的CODCr，還可以提高廢水的可生化性能，這也是該技術與生物處理技術相結合的原因。濕式氧化技術具有效率高、氧化速度快、不產(chǎn)生二次污染、反應徹底的優(yōu)點。近年來，在應用上引入另一種氧化劑——液態(tài)H2O2，使得該技術可以在常溫、常壓的條件下使用，COD 和色度的去除率分別達到80%和90%以上。這極大地擴大了它的應用范圍。但是，濕式氧化技術設備要求高、操作條件比較苛刻、運行費用昂貴，使得該技術的推廣受到了一定的限制。

2.3 臭氧氧化技術

近幾年，臭氧氧化技術是被廣泛應用于印染廢水處理的一種高級氧化技術。臭氧既可以直接而緩慢地氧化水中的有機物，還可以在堿的作用下分解產(chǎn)生活潑的羥基自由基OH 與有機物反應，使染料發(fā)色基團中的不飽和鍵斷裂，生成無色、質量分子小的醛和有機酸等，以達到降解有機物和脫色的目的。臭氧氧化技術具有占地少、反應器簡單、容易實現(xiàn)自動化控制、不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點，且脫色效率和有機物去除率較高。研究表明，O3與H2O2結合的復合氧化劑可以提高O3的分解速率，提高處理水平。但是，臭氧在水中的溶解度較小，利用率低，使得其消耗量大，處理成本偏高，所以，此方法不適用于對大流量廢水進行處理。

2.4 電化學氧化技術

電化學氧化技術是在特定的反應器內，在外加電場的作用下，通過陽極反應生成具有強氧化性的氧化基團來破壞有機物的穩(wěn)定結構，從而降解水中的污染物。該技術對處理印染廢水的COD、BOD、色度具有很好的效果。具有生物毒性的有機污染物是電化學氧化技術去除的主要對象，去除率可以達到70%以上。利用該技術特有的電催化功能，能夠使有機物選擇性地降解到某一階段。電化學氧化技術設備簡單、易于控制、無污染或少污染，可與光化學氧化、超聲波和生物法聯(lián)合使用。但是，電化學氧化技術消耗電極過多，在反應物濃度較低時，電流效率降低、處理時間偏長，所以，反應器、電極和電極結構方面的技術還有待提高。endprint

2.5 Fenton氧化技術

氧化技術是由H.J.Fenton于1894 年所做的一項科學研究而被知曉。該技術是在酸性條件下，以Fe2+為催化劑，在鐵鹽存在時，H2O2分解生成具有強氧化性的羥基自由基（·OH），破壞印染廢水中的發(fā)色基團，F(xiàn)e2+還會反應生成具有絮凝作用的Fe（OH）3膠體，兩者共同作用降低COD和色度。Fenton氧化技術操作工藝簡單、對設備要求低、反應條件溫和、氧化速率高、目標污染物范圍廣、COD和色度去除率較高，對廢水中染料的去除非常有效。但是，該反應需要在pH<3的條件下進行，需要消耗大量的酸，還可能引起酸污染，對設備造成腐蝕，并且Fe2+會分解H2O2，但因為雙氧水的用量大，需進行后續(xù)處理回收催化劑，所以，成本偏高。

2.6 超聲波處理技術

超聲波是頻率高于20 kHz的聲波，具有一定頻率和壓強的超聲波在聲波的負壓相作用下，會在水中產(chǎn)生空化氣泡。該氣泡在形成和破裂的過程（ns～μs）中，會瞬時引起局部升溫，產(chǎn)生高溫、高壓的熱解反應，并且生成羥基自由基（·OH），達到降解有機物的目的。

研究表明，超聲波處理技術可加快母體染料的降解，其降解速率比同等條件下的光催化氧化技術要高2倍。但是，由于印染廢水中的有機物結構相當復雜，而目前超聲波技術研究的對象多為單組分模擬體系，對印染廢水的處理效果不是很理想。目前單獨使用該技術處理廢水的研究尚少，主要是將它與其他技術相結合，所以，經(jīng)過超聲波處理后，廢水的B/C明顯提高，更有利于進行后續(xù)處理。

2.7 光催化氧化技術

光催化氧化技術常用的氧化劑或催化劑為TiO2、SnO2、WO3、ZnS，在光照條件下產(chǎn)生的能量會使其發(fā)生能級躍遷，從而產(chǎn)生具有強還原性的光生電子和強氧化性的空穴。空穴進一步與水反應生成強氧化性的羥基自由基（·OH），自由基再與有機污染物之間進行加合、取代、電子轉移等過程，將有機污染物降解為H2O、CO2和無機鹽等物質。光催化氧化技術因其無污染、高活性、安全、價廉等優(yōu)點取得了迅速的發(fā)展，但是，對具有大量懸浮物和色度較深的印染廢水而言，該技術需要解決透光度的問題。目前，光催化氧化技術在處理印染廢水的應用上并不太理想，主要是光源和催化劑的利用效率問題，而納米TiO2光催化氧化技術在徹底降解水中有機污染物和利用太陽能等方面有突出的進展，相信在不久的將來，用光催化氧化技術處理印染廢水將成為可能。

3 應用前景和發(fā)展方向

高級氧化技術作為一項新興的水處理技術，由于其在污染物降解中具有高效性、普適性和氧化降解的徹底性等優(yōu)點，已成為國內外水處理研究領域的熱點課題。但就目前情況來說，因其運轉費用過高、氧化劑消耗量大等缺點，使得其應用受到限制。單一地使用這類技術來徹底去除廢水中的有機物成本比較高，與產(chǎn)業(yè)化應用還有一定的距離，因此，高級氧化過程與傳統(tǒng)工藝結合是近年來高級氧化技術的應用方向。

4 結束語

眾多研究結果已證實高級氧化技術在廢水處理中的實用性，并在水處理領域顯現(xiàn)出其廣泛的應用前景。采用高級氧化法處理高濃度有機廢水，具有反應時間短、反應過程容易控制、對有機物的降解無選擇性等優(yōu)點，但是，其運轉費用過高和對反應器、催化劑有特殊要求是其存在的主要問題。此外，由于氧化劑消耗過大而難以被采用，一般僅適用于對難降解、小流量、高濃度有機廢水的處理。

參考文獻

[1]江傳春，肖蓉蓉，楊平.高級氧化技術在水處理中的研究進展[J].水處理技術，2011（07）.

[2]吳桂芹.有機廢水處理中的高級氧化技術[J].林業(yè)科技情報，2010（02）.

〔編輯：白潔〕endprint