［摘要］研究了活性炭吸附-催化臭氧氧化技術(shù)對(duì)印染廢水特征污染物的去除效果，探討了臭氧進(jìn)氣流量、活性炭投加量、pH對(duì)特征污染物去除效果的影響，并考察了活性炭-臭氧的協(xié)同作用。結(jié)果表明，苯乙酮被篩選為印染廢水的特征污染物；活性炭吸附-催化臭氧氧化技術(shù)對(duì)苯乙酮的去除率隨臭氧進(jìn)氣流量、活性炭投加量的增加而提高；臭氧進(jìn)氣流量50 mg/L、活性炭投加量200 mg/L、pH=10為最優(yōu)工藝條件，反應(yīng)20 min苯乙酮去除率即可達(dá)92.3%。
印染廢水排放量大，經(jīng)過(guò)常規(guī)生化、物化處理后，其出水仍含有較多難降解物質(zhì)〔1〕。浙江某污水廠以處理印染廢水為主，提標(biāo)后，COD遠(yuǎn)不能達(dá)到《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)要求，需進(jìn)行改造。臭氧氧化法具有氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)條件溫和、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)〔2-3〕，但單純的臭氧氧化存在選擇性強(qiáng)、臭氧利用率低、運(yùn)行操作成本高等缺點(diǎn)〔4〕。有研究表明，在活性炭協(xié)同臭氧反應(yīng)中，活性炭兼具吸附作用與催化作用，可有效克服臭氧氧化法的缺點(diǎn)〔5-6〕，因此活性炭吸附-催化臭氧氧化技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。筆者對(duì)該污水廠中印染廢水的特征污染物進(jìn)行了篩選，分析了不同工藝條件下活性炭吸附-催化臭氧氧化技術(shù)對(duì)污染物的降解效果，并探討了臭氧-活性炭協(xié)同作用。
1·材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)材料
苯乙酮，優(yōu)級(jí)純，阿拉丁試劑有限公司；自配模擬廢水，苯乙酮質(zhì)量濃度為20 mg/L，于實(shí)驗(yàn)前一天配制，磁力攪拌器攪拌24 h。
顆粒活性炭（GAC），購(gòu)自江蘇宜興序水環(huán)保設(shè)備有限公司，使用前先用大量去離子水清洗，然后在沸水中煮約2 h后用去離子水洗至中性。洗凈后的活性炭于105℃下烘干，然后篩選出833μm的活性炭供實(shí)驗(yàn)使用。
1.2反應(yīng)裝置
反應(yīng)裝置見(jiàn)圖1。反應(yīng)器為柱狀玻璃材質(zhì)，內(nèi)徑5 cm，凈高45 cm，凈容積0.8 L，浸在恒溫水浴槽中。反應(yīng)器底部設(shè)一多孔砂芯板（平均孔徑15~40μm），使氣體均勻進(jìn)入。臭氧發(fā)生器型號(hào)為CHY-6，氧氣為氣源。
實(shí)驗(yàn)流程：將模擬廢水和活性炭加入反應(yīng)器，同時(shí)將純氧和自來(lái)水通入臭氧發(fā)生器，將制得的臭氧通入反應(yīng)系統(tǒng)。通過(guò)流量計(jì)控制預(yù)定流量的氣體進(jìn)入反應(yīng)器與廢水反應(yīng)，尾氣中臭氧被KI吸收瓶吸收。從取樣口處獲取不同時(shí)刻的水樣進(jìn)行分析。
1.3分析方法印染廢水中的有機(jī)物〔1，7〕采用6890-5973型GC-MS（美國(guó)Agilent公司）分析，色譜柱為HP-5石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm），檢測(cè)器選用氫火焰檢測(cè)器（FID）。分析條件為：He作載氣，流量為1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度為280℃，柱溫為60℃，保持2 min后以20℃/min的速度升溫至240℃，終溫保持2 min；進(jìn)樣量為0.2μL，分流比為35∶1；質(zhì)量掃描范圍為15~500 amu；電離方式為EI，電子轟擊能量70 eV，倍增電壓2 400 V；離子源溫度280℃。苯乙酮的測(cè)定〔8〕采用LC-2010AHT型HPLC（日本島津公司）。檢測(cè)器為紫外檢測(cè)器，色譜柱為Inertsil ODS-SP（4.6×150 mm，5μm）。分析條件：流動(dòng)相為V（甲醇）∶V（水）=50∶50，檢測(cè)波長(zhǎng)為245 nm，流速為1.0 mL/min，柱溫為25℃，進(jìn)樣量為25μL。
2·結(jié)果與討論
2.1特征污染物的篩選
印染廢水經(jīng)過(guò)生化、物化反應(yīng)后，終沉池中的COD仍高達(dá)112 mg/L。為篩選印染廢水特征污染物，對(duì)初沉池、二沉池、終沉池出水進(jìn)行GS-MS分析。結(jié)果表明印染廢水的有機(jī)成分復(fù)雜，水樣中都能檢出的含量相對(duì)較高的物質(zhì)分別是苯乙酮、三氯甲烷、2-氯-2-甲基戊烷（見(jiàn)表1），其中苯乙酮在初沉池、二沉池、終沉池出水中的相對(duì)含量不斷升高，終沉池出水中苯乙酮最高，占出水總有機(jī)污染物的24.5%。因此，選取苯乙酮作為印染廢水的特征污染物。
2.2工藝參數(shù)的影響
2.2.1臭氧進(jìn)氣流量的影響
調(diào)節(jié)反應(yīng)pH為6.0，保持反應(yīng)溫度為25℃，投加200 mg/L活性炭，考察臭氧進(jìn)氣流量對(duì)苯乙酮去除效果的影響，如圖2所示。
由圖2可知，隨著臭氧進(jìn)氣流量增加，苯乙酮降解速率提高。當(dāng)臭氧量為0時(shí)（即單獨(dú)活性炭吸附），活性炭的作用隨時(shí)間表現(xiàn)為先吸附后解吸，最終去除率僅為7.2%。臭氧流量為20、30、40、50 mL/min時(shí)，經(jīng)過(guò)60 min對(duì)苯乙酮的去除率都能達(dá)到98%以上。其中臭氧流量為50 mL/min時(shí)，5 min苯乙酮去除率即可達(dá)60%。苯乙酮去除率隨臭氧進(jìn)氣流量的增大而提高，主要是氣相臭氧濃度的增加改善了臭氧從氣相到液相的傳質(zhì)過(guò)程，加快了反應(yīng)過(guò)程。
2.2.2活性炭投加量的影響
調(diào)節(jié)反應(yīng)pH為6.0，保持反應(yīng)溫度為25℃，臭氧進(jìn)氣流量為50 mL/min，考察活性炭投加量對(duì)苯乙酮去除率的影響，見(jiàn)圖3。
由圖3可知，投加活性炭可使苯乙酮的去除速率在前20 min顯著提高。其中活性炭投加量為200mg/L的試驗(yàn)組在20 min時(shí)對(duì)苯乙酮的去除率達(dá)到90.5%。說(shuō)明活性炭吸附-催化臭氧氧化技術(shù)可更快去除苯乙酮，有效節(jié)省臭氧用量。
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