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纺织工业废水深度处理高级氧化法研究进展

来源:印染在线 发布时间:2012年09月21日

光氧化法深度处理印染废水脱色效果较高,但处理后TiO2难以回收且产生自由基的量子效率较低,设备投资和电耗还有待进一步改善。光催化技术未来的研究重点是廉价高活性催化剂的制备、分离回收及固定化,以及反应器的设计、光能利用率的提高和与超声波、微波等物理技术的联合应用。

1.5光电催化氧化

由于光催化反应中使用的催化剂二氧化钛为粉末状,在使用后很难从反应体系中分离,光催化剂受到光照射后产生的电子-空穴对复合概率较大,光子利用效率较低,光催化活性不高。为了解决以上不足,将TiO2粉末固定在导电的金属上,同时,将固定后的催化剂作为工作电极,采用外加恒电流或恒电位的方法迫使光致电子向对电极方向移动,从而与光致空穴发生分离。这种方法称为光电催化方法。光电催化技术能够减少电子空穴对的复合几率,提高光催化效率[24]。

Y.S.Sohn等[25]使用TiO2纳米管对含有甲基橙的废水进行光电催化降解,在反应30 min内,即可将溶液中浓度为40μmol/L的甲基橙完全降解。

M.G.Neelavannan等[26]以TiO2作为工作电极,对含有染料的纺织废水进行光电催化降解研究,结果表明,经过7 h的光电催化氧化,可以去除废水中90%的CODCr和全部的色度。卑圣金等[27]使用以负载改性纳米TiO2的活性炭颗粒为填充电极的三维光电催化反应装置,对活性染料染色废水进行原位光电脱色处理,脱色后的废水可以回用于织物的活性染料染色中。陈智栋等[28]采用等体积浸渍法制备了膨胀石墨负载锐钛矿型纳米TiO2,以NaCl作为支持电解质,对主要成分为活性蓝的印染废水进行光电协同处理后,脱色率达到99.3%,CODCr降低约93.1%。
目前对光电催化技术的研究方向是高活性、高稳定光催化剂的制备,光电催化过程机理的深入研究以及新型反应器的开发。

1.6湿式催化氧化

湿式催化氧化是在高温、高压下,利用氧化剂将废水中的有机物氧化成无机物和水,从而达到去除污染物的目的。与常规方法相比,具有适用范围广,处理效率高,极少有二次污染,氧化速率快,可回收能量及有用物质等特点。

S.Kim等[29]使用交联粘土作为载体,负载Al-Cu作为催化剂,在80℃常压条件下对含有活性染料的废水进行催化降解,在反应时间为20 min时,活性染料可以被完全去除。Ma Hongzhu等[30]采用固相化学反应法制备了CuO-MoO3-P2O5催化剂,试验结果表明,制备的催化剂对含有亚甲蓝的染料废水具有较高的催化活性,在低温(35℃)常压下反应10 min,亚甲蓝的去除率为99.26%,且催化剂在使用3次之后仍保持较高的催化活性。

A.Santos等[31]使用商业活性炭作为催化剂,对纺织废水中发现的3种染料(橙黄G、亚甲蓝和亮绿),在160℃,压力16 bar条件下,废水在很短的停留时间内就取得了完全脱色的效果。Zhang Yang等[32]使用生物模板法制得了具有纳米管结构的多金属氧酸盐(Zn1.5PMo12O40)催化剂,该催化剂处理含有番红花红T的废水,在室温常压下反应40 min,可以去除废水中98%的色度和95%的CODCr,反应后番红花红T被完全矿化为无机物(HCO3-、Cl-和NO3-等),TOC去除率为92%。Bi Xiaoyi等[33]以γ-Al2O3为载体,采用浸渍-沉淀法制备了CuOn-La2O3/γ-Al2O3催化剂,使用微波强化ClO2催化氧化处理含有活性艳黄染料的废水,结果表明,在最佳工艺条件下,废水脱色率可达92.24%。为染料废水的处理提供了一种行之有效的新方法。

湿式氧化一般要求在高温高压的条件下进行,设备费用大,系统的一次性投资高,仅适于小流量高浓度的废水处理;且在氧化过程中可能会产生毒性较强的中间产物,在实际推广应用方面存在着一定的局限性。湿式氧化的发展趋势是制备在温和条件下具有较高催化活性的催化剂,解决催化剂的流失和失活问题。

1.7电化学处理

废水电解处理法是应用电解的基本原理,使废水中污染物回收净化的过程,包括直接电化学过程和间接电化学过程2个方面[34]。印染废水中的染料分子的降解主要是通过间接氧化过程。电化学处理法包括电化学氧化还原、电凝聚电气浮法、内电解、电渗析等方法。

E.N.Leshem等[35]采用电化学氧化法处理纺织废水,并考察处理后的废水回用于各工艺的效果,结果表明,处理后的废水可以回用于深色染色工序和作为冲洗水,若回用于浅色染色工序,则需对染料浓度和助剂做调整。N.Mohan等[36]使用电化学法处理纺织废水,在电解产生的强电极电势物质的氧化下,废水中的CODCr大幅降低,处理后的废水可以回用于染色工序。S.Raghu等[37]采用电解-离子交换联合工艺处理纺织染料废水,该工艺能够高效地去除和降低废水中的色度、CODCr、铁离子、电导率、碱度和总溶解固体,经过处理后的废水水质可以满足纺织工业回用水标准。王宝宗等[38]采用内电解法对经过生化处理后仍不能达标的印染废水进行深度处理试验,结果表明:废水的色度去除率可达87.5%,CODCr的去除率也可达到50%~80%,处理后的出水完全达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准的要求。刘勇健等[39]利用铁炭微电解反应器对印染废水的深度处理进行了试验研究,工艺对CODCr的去除率均达到70%以上,色度去除率为99%,盐度达1 000 mg/L以下,硬度达220 mg/L以下,出水水质达到印染废水的回用水质标准。

电化学法能有效地破坏生物难降解有机物的稳定结构,使污染物彻底降解,无二次污染,但电能及电极材料耗量大,氧化过程中会产生有机氯副产物,处置不当会产生环境问题。电化学氧化法今后研究的核心内容为新型电催化阳极、电化学反应器和电化学氧化处理工艺的开发。

2·结语

随着国家对环境保护力度的加大和纺织工业废水排放标准的提高,升级现有处理工艺或采用新工艺对废水进行深度处理,使其能够达标排放或进行循环利用,是目前我国纺织工业企业必须面对的问题。随着工艺和技术研究的不断成熟,在继续开发和研究新的低成本的深度处理高级氧化工艺的同时,一方面研究如何进一步提高氧化处理效率,消除不利因素影响,另一方面将高级氧化处理工艺与其它技术相结合,进行工艺改进和优化,使工艺和技术更加成熟,这样既可提高处理效果,又可降低处理成本,是今后纺织工业废水深度处理技术的研究发展方向。

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