偶氮染料印染廢水預處理方法的比較研究

孫竹梅，吳翔，方炯，杜冬云

[摘要]為解決湖北某廠以偶氮染料為主的堿性印染廢水可生化性差、色度高、COD高等問題，采用絮凝、Fenton試劑和臭氧氧化的預處理方法對其進行處理.比較了3種方法的處理效果。結果表明:3種方法中。臭氧氧化預處理效果最好，但處理成本太高:硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵復合使用時，于100mL印染廢水中投加0.05g硫酸亞鐵和1.00mL8%聚合硫酸鐵，COD去除率達49.35%，色度去除率為87.50%。B/C升高至0.34.效果次之;Fenton試荊預處理.效果最差。綜合考慮.適合此廢水的預處理方法為硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵復合使用的絮凝法。

印染生產耗水量大.每生產千米印染布約消耗25t水[1]，據文獻和資料統計.全國每天約有7000000t印染廢水產生[2]。湖北省某印染廠的印染廢水中含有大量的聚乙烯醇、蠟狀物質、果膠物質、含氮物質和油脂、活性染料、純堿、硫化鈉、次氯酸鈉、滲透劑、擴散劑、助溶劑、乳化劑和洗滌劑等。因此，印染廢水具有色度大、固體懸浮物多、有機物含量高、成分復雜、生化性差等特點[3]，這些廢水若不經處理直接排放到水體中將會引起熱污染、水體富營養化，使水質變黑、變色，生化性變差，處理困難。

據文獻[7]、[9]、[103報道，化學絮凝法、Fenton 試劑法和臭氧氧化法對色度、COD的去除均有很好的 效果，并且可明顯提高廢水可生化性.已被廣泛應用。 本研究采用化學絮凝、Fenton試劑和臭氧氧化 3種方法對以偶氮染料為主的堿性印染廢水進行預 處理，對3種方法處理該廢水的工藝條件及應用的 可行性進行了比較。 

1 實驗部分

 1.1實驗材料 

實驗儀器:SartoHus普及型pH計(PB一10)，北 京賽多利斯儀器有限公司;精密電子天平。北京賽 多利斯儀器有限公司:85—2型恒溫磁力加熱攪拌 器，江蘇省金壇市宏華儀器廠:DHG一9030型電熱恒 溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司:微波 消解儀，韶關市泰宏醫療器械有限公司:SP一780氧 氣泵，中山市日勝電器制品有限公司:WH—S—B系 列水處理臭氧發生器，南京沃環科技實業有限公 司;800型離心沉淀器，上海手術器械廠。 

實驗試劑:重鉻酸鉀，工作基準試劑;硫酸銀、 硫酸、硫酸亞鐵、硝酸汞、硫酸亞鐵銨、試亞鐵靈指 示劑、氫氧化鈉，分析純;聚合硫酸鐵(PFS)，湖北黃石電能化工制劑廠， 實驗廢水:實驗廢水為湖北仙桃市某印染廠生 產過程中產生的偶氮染料堿性印染廢水.其水質為 COD 4 375 mg/L、BOD 443.1 mg/L、SS 438.2 mg/L、TN 

43.8 mg/L、TP 4.4 mg/L、色度512倍、pH 9.15。

1.2實驗方法 

1.2.1化學絮凝法 

前期研究表明，在以硫酸亞鐵為絮凝劑時.每 100 mL印染廢水中硫酸亞鐵的最佳投加質量為 0.05 g。取100 mL印染廢水于6個燒杯中，調pH分 別為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，投加硫酸亞鐵 0.05 g，反應一定時問后，過濾，測定濾液中的COD， 考察pH對處理效果的影響。其他條件不變，調pH 為一定值，改變反應時間.考察反應時間對處理效 果的影響。 

前期研究表明，在以聚合硫酸鐵為絮凝劑時. 每100 mL印染廢水中質量分數為8%的聚合硫酸 鐵的最佳投加體積為2.50 mL。取100 mL印染廢水 于8個燒杯中，調pH分別為3.0、4.0…50 6.0、7.0、 8.0、9.0、10.O，加入8%的聚合硫酸鐵2.50 mL.先快 速攪拌1 min，再慢速攪拌15 min，過濾。

1.2.2 Fenton試劑法 

前期研究表明.當硫酸亞鐵與雙氧水的質量體 積比為1:4.且硫酸亞鐵的投加量為每100 mL廢水 0.05 g時.處理效果最佳。取100 mL印染廢水于 6個燒杯中，調pH分別為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0， 投加0.05 g硫酸亞鐵.按照硫酸亞鐵與雙氧水的質 量體積比為1:4加入30%的雙氧水.攪拌反應一定 時間，過濾，測定濾液中的COD，考察pH對處理效 果的影響。其他條件不變，調pH為一定值，改變反 應時間.考察反應時間對處理效果的影響。

1.2.3臭氧氧化法 

分別取1.5 L印染廢水于6個臭氧反應器中. 調pH分別為3.0、5.0、7.0、9.0、11.0、13.0，臭氧產生 量為15 Umin(下同).反應1 h后.取上層清液測定 COD，考察pH對處理效果的影響。分別取1.5 L印 染廢水于8個臭氧反應器中，調pH為一定值。通人 臭氧分別反應0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75、 2.0 h，取上層清液測定COD.考察反應時間對處理 效果的影響。分別取體積為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、 3.0、3.5、4.0 L的印染廢水于8個臭氧反應器中.調 pH為一定值.反應適當時間后.取上層清液測定 COD，考察廢水體積對處理效果的影響。 

1.3分析方法 

COD的測定采用重鉻酸鉀法:色度的測定采用 稀釋倍數法:BOD的測定采用稀釋接種法。 

2結果與討論 

2.1 pH對3種方法處理效果的影響 

pH對3種方法處理效果的影響如圖1所示。

由圖1可以看出，以硫酸亞鐵為絮凝劑，當pH 為3.0時，COD去除率最高。這是因為在pH為3.O 時.更利于硫酸亞鐵水解生成沉淀物.這些沉淀物在 自身的沉降過程中，能集卷、網捕水中的膠體等顆 粒。使之沉淀下去.從而使廢水的COD降低。當印染廢水的pH為7.0左右時.用聚合硫酸鐵絮凝處理. 可使廢水的COD去除率達到46.15%.當pH為4.0 時.雙氧水更容易生成羥基自由基.使廢水中的有機 物濃度降低。pH在偏酸性或偏堿性的條件下，臭氧氧化有著較高的COD去除率。因此.本實驗確定硫 酸亞鐵絮凝、聚合硫酸鐵絮凝、Fenton法及臭氧氧化 法的最佳pH分別為3.0、7.0、4.0、5.0。 

2.2反應時間對3種方法處理效果的影響 

在上述最佳pH條件下，反應時間對3種方法 處理效果的影響如圖2所示。 

從圖2可以看出.以硫酸亞鐵為絮凝劑時，隨著 反應時間的增加.COD去除率沒有明顯的變化.說 明反應時間對COD去除率沒有明顯的影響。但據文獻報道.如果反應時間太短.硫酸亞鐵與廢水不能充分反應.所以反應時間以15 min為宜。Fenton試劑 法中.反應時間對COD去除率有一定的影響.但不 是很明顯.當反應時間為2 h時.COD去除率基本 達到穩定。臭氧氧化反應中.反應時間對COD去除 率的影響比較明顯，臭氧反應1.25 h時.COD去除 率達到最高。 

2.3其他條件對處理效果的影響 

2.3.1 絮凝預處理實驗探索 

一般印染廢水水質水量的變化較大.采用單一 的絮凝劑處理不能達到好的絮凝效果.因此復合絮 凝劑的研制已成為絮凝法研究的一個新領域.并逐 漸成為近年來的研究熱點。本實驗在單獨使用 FeSO。、聚合硫酸鐵的基礎上，研究了兩種絮凝劑復合使用的處理效果。取100 mL印染廢水，將pH調 至3.0附近，加入0.05 g硫酸亞鐵，攪拌反應1 h后， 將pH調至7.0，加入8%的聚合硫酸鐵1.00 mL，先 快速攪拌1 min.再慢速攪拌15 min，靜置，過濾。測 定濾液中的COD。實驗結果表明:當硫酸亞鐵投加 質量為0.05 g.8%聚合硫酸鐵投加體積為1.00 mL 時，COD去除率達49.35%，色度去除率為87.50%， B/C升高至0_34.
2.3.2 臭氧氧化預處理實驗探索 

在上述最佳反應條件下.考察了廢水體積對臭 氧氧化去除COD的影響.結果如圖3所示。 

由圖3可知.隨著廢水體積的增大.COD去除 率逐漸下降.當體積增大至3.0 L后.COD去除率下 降的幅度增大。因此.結合實際工業應用的情況.在 此臭氧產生量下.最適宜處理的廢水體積為3.0 L。 分別取3.0 L印染廢水于6個臭氧反應器中. 調pH為5.0，依次加入0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、 1.5 g硫酸亞鐵。反應1.25 h。取上清液測定COD.考 察硫酸亞鐵共同作用下臭氧氧化的處理效果.結果 如圖4所示. 

從圖4可以看出.當硫酸亞鐵投加量為0時. COD去除率只有33.58%.隨著投加硫酸亞鐵量的 增加.COD去除率逐漸增大，當硫酸亞鐵投加量為 0.9 g時，COD去除率達到最大，為49.93%。在硫酸 亞鐵與臭氧氧化的共同作用下.廢水的COD去除率 較單獨臭氧氧化提高很多.廢水的沉淀性能也有很 大的改善.使泥水分離更加容易。 

2.3.3 Fenton試劑法預處理實驗探索 

進一步的實驗研究表明.在最佳反應條件下.分次投加雙氧水可以提高Fenton試劑法的處理效果. COD去除率可達43.71%.色度去除率為93.74%.B/C 可提高至O.33。這是因為分次投加雙氧水，可提高雙 氧水的利用率.使Fenton反應進行得更加完全。

 2.4 3種方法的處理效果比較

將在最佳處理條件下得到的3種方法的處理效 果進行比較。結果見表1。 

從表1可以看出.采用3種方法處理后.廢水的 可生化性都有明顯的增強，臭氧氧化處理的COD、 色度去除率相對優于絮凝和Fenton試劑氧化:硫酸 亞鐵和聚合硫酸鐵復合使用的預處理效果次之: Fenton試劑處理該廢水.COD的去除效果最差。 

3 結論 

絮凝、Fenton試劑和臭氧氧化3種預處理方法 均可明顯降低湖北省某印染廠偶氮染料堿性印染廢 水的COD、色度.增強其可生化性。采用絮凝預處理 時.于100 mL印染廢水中投加O.05 g硫酸亞鐵和 1.00 mL 8%的聚合硫酸鐵，COD去除率達49.35%。 色度去除率為87.50%.B/C升高至0.34:Fenton試 劑預處理中，控制廢水pH為4.0，硫酸亞鐵與雙氧 水的質量體積比為1:4，每100 mL廢水中投加0.05 g 硫酸亞鐵.分次投加雙氧水。反應2 h.COD去除率 達43.71%，色度去除率為93.74%，B/C升高至0.33: 處理3.0 L廢水，當臭氧產生量為15 L/min.硫酸亞 鐵投加量為0.9 g時.臭氧反應1.25 h后.COD去除 率達到49.93%.色度去除率達96.88%.B/C提高到 O.31.在硫酸亞鐵與臭氧的共同作用下.廢水的COD 去除率較單獨臭氧提高很多。 

比較3種處理方法.臭氧氧化預處理方法效率 最高.輔助投加硫酸亞鐵.廢水的可生化性有明顯提 高.但處理成本較高:硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵復合使 用.預處理效果次之.但處理成本更利于工業應用; Fenton試劑預處理.效果最差。綜合考慮，適合以偶 氮染料為主的堿性印染廢水的預處理方法為硫酸亞 鐵和聚合硫酸鐵復合使用的絮凝法。