臭氧-多孔材料对活性蓝X-BR模拟废水脱色性能的研究

刘 豪

（武汉纺织大学外经贸学院，武汉 430200）

臭氧-多孔材料对活性蓝X-BR模拟废水脱色性能的研究

刘 豪

（武汉纺织大学外经贸学院，武汉 430200）

活性蓝X-BR这种活性染料是色泽鲜艳的绿光蓝色粉末，其水溶性较好，价格适中，得到了广泛使用。利用活性蓝X-BR制成的废水，其色度易识别，拥有较大的溶解性，分子结构稳定。本文选取臭氧氧化-改性多孔材料法对活性蓝X-BR废水进行处理，以实验室自制模拟染料废水为研究对象。通过不断实验，笔者观察了臭氧氧化对模拟染料废水的脱色效果，同时观察了臭氧催化氧化的脱色效果。

印染废水；臭氧；催化氧化；活性蓝X-BR

随着印染工业的高速发展，全国每天都会排出3×106m3的印染废水，其总量就占总废水量的10%。全国第一次污染源考察显示，在39个行业中，纺织印染行业COD排放量上升了两位，回用率在所有国内行业中的名次是最后一位。与发达国家相比，我国纺织印染业的单位耗水量是其1.5～2.0倍，单位排污总量则是其1.2～1.8倍[1]。

1 印染废水的特点和处理方法

印染废水主要有以下特点：水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性和pH值变化大、水质变化剧烈[2]。正是由于印染企业生产品种的多样性及生产工艺的多样性，其废水具有上述的特点，因而处理含染料的废水比较困难，需要特别的工艺技术[3]。印染废水的处理方法主要有三种：物理法、化学法、生物法。

1.1 物理法

物理法是指将污染物转移而实现净化水体的作用，但由于其不能将污染物消除，因此人们常常将其作为染料废水的预处理方法，以便从废水中回收染料分子、降低盐度及金属离子含量，提高其可生化性[4]。

1.1.1 吸附法

吸附法适合于低浓度印染废水的深层处理，具有投资小、方法简便、成本低的特点，适合中小型印染厂废水的处理[5]。近年来，经过对活性炭吸附过程的深化研究，人们对其了解也越发深入，在吸附机理和活性炭预处理技术方面建树很大[6]。

1.1.2 膜分离法

膜分离法是指运用膜的选择性，即透过物质的特性，使染料废水中的染料分子与水分子分离，从而达到废水的处理目标。大量助剂、盐、脂类物质存在于染料废水中，这会导致膜堵塞、污染，因此人们大多会使用超滤-纳滤协同处理染料废水，这项工艺的脱色效率达到95%，盐截留率是80%。将这两种过滤方式进行结合，能降低膜的损耗，确保单位时间内的流量，使膜的运行时间延长，处理效果提升。反渗透技术主要用来处理较大分子量和非电解质污染物。

1.1.3 磁分离法

磁分离法是指通过对磁场的应用把物质分离的方法，这个方法是通过应用元素或组分磁敏感性的差异来解决问题的，依靠外磁场对物质进行磁场处理，从而达到强化分离进程的目的。

1.2 化学法

化学法是处理废水的重要方法之一，其主要有：氧化法、电解法、混凝法及近年来发展的协同法等。

1.2.1 氧化法

就目前来看，化学氧化处理印染废水相对比较成熟。氧化剂应用较多的有Fenton试剂（Fe2+，H2O2）、臭氧、氯气和次氯酸钠。1894年，法国人HJH Fenton发现Fe2+/H2O2的这个组合可在酸性条件下（pH=2～5）可将酒石酸氧化，因而将此体系命名为芬顿试剂，后人为了纪念他，将该组合取名为Fenton试剂。

1.2.2 电化学法

电化学能够通过应用把阴极恢复到原样的办法来处理污染物，有阴极直接还原和阴极间接还原两种办法。利用这种方法，高毒性的Cr6+能够在阴极接受电子转变恢复成Cr3+，或者是Cr2+，这能够减少许多毒性。

1.2.3 混凝法

混凝法的基本原理是将混凝剂投送到废水中，其逐渐在废水中聚集成胶团，与废水里面的胶体物质产生电中和，絮凝团因此产生。

2 试验方法与步骤

2.1 仪器与试剂

试剂：实验室配置1 600 mL染料废水（活性蓝X-BR每次取1.0 g），稀硫酸，稀NaOH溶液，聚乙二醇，NaOH（AR），铁粉，锌粉，纳米级二氧化钛，酒精。

仪器：电动摇床，250 mL容量瓶，100 mL容量瓶，500 mL容量瓶，1 000 mL容量瓶，2 000 mL容量瓶，100 mL量筒，ST368-1电热鼓风干燥箱，滤膜，分液漏斗，漏斗，注射器，擦镜纸，蒸馏水制备机，臭氧发生器，曝气头，滤纸，手套等相关仪器。

2.2 试验步骤

2.2.1 活性蓝X-BR染料废水的配置

根据需要，配置以下试剂：0.625 g/L活性蓝X-BR溶液。用称量天平称取1.0 g活性蓝染料放入2 000 mL容量瓶，加蒸馏水至1 600 mL刻线。这时pH在4.0左右，吸光度为0.497。

2.2.2 单独通入臭氧氧化

将配制好的原溶液，通入臭氧20 min，静置该溶液10 min，此时用分光光度计测得吸光度为0.233，计算得去除率为53.1%，符合该试验的研究标准。

2.2.3 多孔材料的投加

配制5瓶1 600 mL容量的活性蓝X-BR染料废水，打开分光光度计，预热20 min，用胶头滴管分别取少量试液滴入比色皿中，调至540 mm波长，A=100，取蒸馏水测量吸光度归零矫正，然后分别测量5瓶活性蓝X-BR染料废水吸光度并记录下来并编号1，2，3，4，5。

往1，2，3，4，5号量筒中分别加入2、4、6、8、10不同数量的多孔材料。

通入臭氧20 min到量筒中曝气，曝气完成后静置量筒10 min，间隔三次取样然后测量曝气后活性蓝X-BR染料废水的吸光度并计算去除率。

2.2.4 水浴温度的控制

配制5份1 600 mL容量的活性蓝X-BR染料废水，然后放入2 000 mL量筒内，用胶头滴管分别在五瓶染料废水中取少量试液滴入比色皿中，打开分光光度计，预热20 min，调至540 mm波长，A=100，取蒸馏水测量吸光度归零矫正，然后分别测量5份量筒内活性蓝X-BR染料废水吸光度并记录下来，将5份染料废水分别编号1，2，3，4，5。

接着，将量筒内1 600 mL活性蓝X-BR染料废水倒入水浴加热器的铁筒内。打开水浴加热器开关进行预热，1，2，3，4，5号活性蓝X-BR染料废水分别水浴加热到25℃，30℃，35℃，40℃，45℃，然后通入臭氧曝气20 min，曝气完成后，静置10 min，然后用胶头滴管间隔时间取样三次，测定曝气后活性蓝X-BR染料废水的吸光度，记录现象和数据并计算去除率。

2.2.5 酸碱度pH值的控制

配置6份1 600 mL容量的活性蓝X-BR染料废水置于2 000 mL量筒内，用胶头滴管分别取少量染料废水试液滴入比色皿中，打开分光光度计，预热20 min，调至540 mm波长，A=100，取蒸馏水测量吸光度归零矫正，然后分别测量6瓶活性蓝X-BR染料废水吸光度并记录下来编号1，2，3，4，5，6。

用稀硫酸和氢氧化钠将6份活性蓝X-BR染料废水的pH值分别调至酸或碱的环境，控制pH值变量在1～12，经过硫酸和盐酸试剂的作用，用酸碱浓度测试仪确定6份活性蓝X-BR染料废水pH值分别为1.94，2.24，6.12，7.94，8.55，10.62，然后通入臭氧曝气20 min，曝气完成后静置10 min，间隔三次取样然后测量曝气后活性蓝X-BR染料废水的吸光度，记录现象和数据并计算去除率。

2.2.6 改性材料的附着与投加

配制3份1 600 mL容量的活性蓝X-BR染料废水并置于2 000 mL量筒内，用胶头滴管分别取染料废水少量试液滴入比色皿中，打开分光光度计，预热20 min，调至540 mm波长，A=100，取蒸馏水滴入比色皿中，测量吸光度归零矫正，然后分别测量3瓶活性蓝X-BR染料废水吸光度并记录下来，同时将3份染料废水编号1，2，3。

3 试验的结果与分析

3.1 最佳多孔材料投入量的确定

在编号1，2，3，4，5的5个量筒中，发现经过曝气后的活性蓝X-BR染料废水1、2号量筒较深，3、4号量筒中颜色较浅，5号量筒中颜色略深。其去除率的计算公式为：去除率=（原液吸光度－曝气后溶液吸光度）/原液吸光度×100%，计算结果如表1所示。

表1 最佳多孔材料投入量的确定

由表1可知，最佳投入多孔材料数量为6时，臭氧曝气后染料废水的去除率最高，为61.8%，活性蓝X-BR染料废水的脱色性能最好。

3.2 最佳反应温度的确定

试验现象：经观察，3号量筒内活性蓝X-BR染料废水颜色最浅，2号、4号量筒内废水颜色比1号量筒内略深，1号、5号量筒内染料废水颜色最深，经分光光度计取样三次测量曝气后染料废水的吸光度。

试验结论：分析试验现象可知，当温度在25℃～35℃左右时，去除率明显上升，到35℃达到最大为77.2%，而45℃时去除率骤降，降到了64.6%。所以，由试验结果可知：在35℃左右时，模拟染料废水的去除率最高，脱色性能最好。

3.3 最佳pH值的确定

试验现象：5号、6号量筒内的染料废水颜色明显比其他量筒要浅，1号、2号、3号、4号量筒相比，3号量筒内染料废水颜色最浅，其次是4号，接下来就是1号、2号量筒的颜色最深。

试验结论：由试验现象可知，当pH值在1～6时，染料废水的去除率随着pH值的升高而增高，当pH值在6～8时，染料废水的去除率随着pH值的升高而降低；当pH值在8～11时，臭氧曝气后的溶液去除率最高，脱色性能最好，超过8，就逐渐趋于平缓。整个试验数据说明，弱酸或强碱条件下的臭氧曝气效果比较好，而强酸与强碱对比，碱性条件下更好，可见碱性条件更适合臭氧催化氧化。

3.4 最佳改性材料的确定

试验现象：1号、2号、3号量筒中的活性蓝染料废水颜色都很浅，3号量筒中液体颜色还带有微微蓝色，1号和2号量筒中废水颜色呈淡黄色，其中1号比2号颜色略深。经分光光度计测量测得曝气后废水溶液吸光度，结果如表2所示。

表2 控制改性材料数据

4 结论

三种改性材料均可以提高臭氧的氧化性能，其中锌粉对活性蓝X-BR染料废水溶液的脱色性能影响最强，效果最好。根据金属活动性顺序，锌离子的活性大于铁离子。锌离子在水中能更多地置换染料废水中的离子，提高去除率。二氧化钛中Ti-O键极性较大，表面吸附的水容易因为极化发生分解形成羟基，这提高了二氧化钛吸附染料废水的能力，为多孔材料的改性创造条件。

1 李耀华.印染过程中的清洁生产问题研究[A].中国环境科学学会.2010中国环境科学学会学术年会论文集（第二卷）[C].北京：中国环境科学出版社，2010.761-764.

2 马玉萍.印染废水深度处理工艺现状及发展方向[J].工业用水与废水，2013，44（4）：1-5.

3 王 锦.刍议印染废水处理技术与发展趋势[J].轻工设计，2011，（3）：120.

4 陈玉峰.物理法处理染料废水的研究进展[J].煤炭与化工，2013，（3）：72-74.

5 于清跃.印染废水处理研究进展[J].工业安全与环保，2011，37（8）：41-43.

6 万 柳，徐海林.活性炭吸附法处理重金属废水研究进展[J].能源环境保护，2011，25（5）：20-22.

Study on Decolorization of Reactive Blue X - BR Simulated Wastewater by Ozone - Porous Materials

Liu Hao
(Institute of Foreign Trade and Economics, Wuhan Textile University, Wuhan 430200, China)

Reactive Blue X-BR This reactive dye is a bright green light blue powder, its water solubility is better, affordable, has been widely used.The use of active blue X-BR made of waste water, the color is easy to identify, with a large solubility, stable molecular structure.In this paper, the active blue X-BR wastewater was treated by ozone oxidation-modified porous material method, and the laboratory simulated dyestuff wastewater was used as the research object.Through continuous experiments, the author observed the decolorization effect of ozone oxidation on simulated dye wastewater, and observed the decolorization effect of ozone catalytic oxidation.

printing and dyeing wastewater; ozone; catalytic oxidation; reactive blue X-BR

X791

A

1008-9500(2017)10-0014-04

2017-08-12

刘豪（1994-），男，湖北黄冈人，本科，研究方向：环境工程。