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纺织废水处理：臭氧法去除活性黑-5的色度和COD
I W K Suryawan1，Q Helmy2,3*,S Notodarmojo1,2
1印尼万隆市万隆技术研究所土木与环境工程学院环境工程系
2印尼万隆市万隆环境工程部水和污水工程研究组
3印尼万隆市万隆技术研究所生物科学与生物技术研究中心
通讯作者：helmy@tl.itb.ac.id
摘要： 纺织工业产生了大量含有不同浓度染料的高色度废水。由于染料废水中有机物浓度高以及现代合成染料稳定性强，使得传统的生物处理方法无法完全脱色、降解有机物以及染料。另一方面，物化处理不具有破坏作用，主要是对污染物进行浓缩和分离。本文研究了臭氧处理对纺织废水的色度和化学需氧量/COD的去除效果。实验中应用了1.16、3.81、18.79、40.88毫克/分的不同臭氧剂量处理了含有活性黑-5（RB-5）浓度为40毫克/升和100毫克/升的废水。研究结果表明：在5小时的处理后，COD去除率最高可达96.9%；而在2小时的处理后，COD的去除率最高达到了77.5%。
关键词：COD，染料，臭氧法，RB-5
1.介绍
印尼是世界十大纺织生产国之一，也是东南亚第二大纺织生产国，拥有4500多家企业[1]。纺织业和服装业是印尼最古老的产业之一，属于劳动密集型产业，同时也是大量就业机会的来源。印尼政府的目标是到2030年将自己国家的纺织品和服装的出口额提高至750亿美元，这意味着该产业对全球出口额的占比将达到5%左右。虽然纺织业在经济中是一个繁荣的行业，但是更重要的问题是这些行业带来的副作用。纺织制造过程的特点是在一个很长的生产过程中会消耗大量的资源，如水、燃料和各种化学品，同时产生大量的废物。常见的低工艺效率生产方法导致了大量资源的浪费以及环境的严重破坏。与纺织业有关的主要环境问题通常是那些与未经处理的废水直接排放造成的水体污染有关的问题。
在纺织品生产过程中，会使用不同类型的化学品，如强酸、强碱、无机氯化化合物、次氯酸钠、有机化合物如染料、漂白剂，整理剂，淀粉，增稠剂，表面活性剂，增湿剂，分配剂和金属盐。在染色阶段，会使用多种染料进行着色，以便制造出更好的产品[2]。纺织工业在染整过程的不同环节都会消耗大量的水，同时产生大量的废水。印染废水通常颜色丰富，含有活性染料和化学物质残留物，如杂质、大量气溶胶、高浓度COD和BOD以及难降解物质[3]。染料废水的排放可能会导致一些环境问题，如水体的富营养化，以及环保组织担忧的一些有机染料可能含有毒性和致癌性。此外染料分子还会降低透光率和光合活性，导致水体的溶解氧变低[4,5,6]。
目前，染料废水的处理方法有生物法、物理法、化学法等。在这些处理技术中，活性污泥法、絮凝法和吸附法是印尼最常用的处理方法。生物处理方法是处理纺织废水的常用工艺。然而，色度并不容易从基于微生物处理的处理过程中去除。因此,由于上述每种方法对环境的影响以及各自的局限性，需要将生物法与化学氧化等其他技术结合起来，找到一个成本低、效率高的最佳方法去除难降解的染料或其他化学品。纺织废水的生物处理过程必须通过一些方法来提高废水的可生化性，如臭氧法[7,8]。
2.研究方法
2.1材料
从Bratachem中获得偶氮活性黑-5（RB-5）染料。将获得的染料在蒸馏水中溶解成为具有一定浓度的染料溶液模拟实际纺织废水。以干燥的空气为原料，用电晕放电型臭氧发生器(Resun RSO25)产生臭氧。臭氧通过位于反应器底部的多孔玻璃扩散器进入反应器，以产生细小的气泡。离开反应器的多余臭氧被引导至如图1所示的20% KI溶液中除去。在本研究中，实验是在室温下进行的，没有对反应器进行冷却。
图1：臭氧反应器所用实验仪器说明
2.2实验过程与分析
台式反应器的容积为2L。臭氧由干燥空气产生, 且输出量为1.16、3.81、18.79、40.88 mg/min，气流流速为0.6、1.4、 2、4LPM。臭氧剂量的测定采用碘量法[9]。RB-5的初始浓度分别为40 mg/L和100 mg/L。通过添加淀粉模拟纺织废水中有机物的含量。在实验过程中，按照水和废水检测的标准方法，定期从批次系统的采样口抽取样品进行COD和色度的测定。
3.结果与讨论
3.1色度的去除
初始浓度为40mg /L的RB-5溶液经臭氧法处理后染料浓度和色度的变化见图2(上)。除1.16 mg/min的剂量外，在前60分钟，脱色速度非常快，且初始脱色率随臭氧剂量的增加而增加。当处理时间为15min;臭氧剂量为1.16和3.81 mg/min时，脱色率约为40%，臭氧剂量为18.79和40.88 mg/min时，脱色率超过60%。RB- 5初始浓度为50 mg/L，臭氧投加量为10 g/h时，反应60 min后脱色率约为31.8%[10]。
当RB-5初始浓度为100 mg/L时，臭氧法处理后染料浓度的变化和脱色效果见图2(下)。臭氧剂量为40.88 mg/min时，在处理300 min后，脱色效果最佳，为96.9%。臭氧剂量为1.16 mg/min时，去除率最低，为87.5%。随着臭氧投加量的增大，脱色效率也有所提高。
图2：RB-5初始浓度为40 mg/L(上)和100 mg/L(下)时的除色效果与臭氧氧化时间的关系
结果表明，在臭氧氧化60 min(初始浓度40 mg/L RB-5)和150 min(初始浓度100 mg/L RB-5)后，色度几乎完全消失，可以作为清洁生产的原水。对比初始RB-5和处理后的RB-5的紫外可见吸收光谱(数据未显示)分析表明，在此过程中染料的化学结构发生了破坏。然而，产生的副产物需要进一步处理才能完全降解[10,11]。紫外区的吸光度衰减被认为是染料分子的芳香族片段降解及其中间体的氧化的证据。用光催化反应处理酸性红-4也得到了类似的结果[12]。
图3：臭氧处理剂量为40.88mg/min时，RB-5的颜色级配（上为40mg/L，下为100mg/L初始浓度）的视觉图
在反应器中加入100mg /L RB-5和1g /L淀粉，臭氧培养120min后模拟纺织废水。经过处理后，与未添加淀粉的RB-5相比，色度的降解速度较慢。废水中有机物的存在使除色效率从90%下降到75%(图4)。
图4：添加100mg /L RB5和1eL淀粉的模拟纺织废水脱色效果
3.2 COD的去除
化学需氧量是表征纺织废水中有机物含量的常用参数;它取决于纺织生产过程中使用的染料。在所有臭氧处理试验中，COD去除率均得到了记录。处理120 min后，COD从73.5%降至77.5% (RB-5初始浓度为40 mg/L)。在处理300分钟后，COD从70.1%降至77.1% (RB-5初始浓度为100 mg/L)。在模拟的纺织废水实验中出现了不同的结果，经过120 min处理后，COD还原效率下降到43%-50%左右，有机物仍以中间产物的形式分解(见表1)。
表1：COD的去除效率
|
臭氧剂量 毫克/分钟 |
去除效率,% |
||
|
40毫克/ RB-2 |
RB-5 |
100mg /L RB-5 1 g / L淀粉 |
|
|
1.16 3.8 |
77.5 65.0 |
77.1 73.6 |
43.8 50. |
|
18.79 |
70.9 |
64.5 |
44.9 |
|
40.88 |
73.5 |
70. |
46.4 |
3.3 生物降解能力
对含有RB-5染料和有机物的模拟废水进行可生化性研究。虽然没有识别转化产物，但可以通过氧化程度的变化来监测RB-5向其他副产物转化的过程。研究结果表明，臭氧处理后RB-5混合气的BOD5/COD值有所增加，如图5所示。这表明，在臭氧处理后，一部分复合物会分解为较简单的化合物，使其更容易或更适合于生物处理。
图5：臭氧氧化过程中RB-5生物降解指数(BOD5/COD)的变化
4.结论
本研究采用实验室规模的臭氧处理方法对RB-5染料废水进行处理，测量其对色度和COD的去除效果。结果表明，臭氧氧化具有良好的色度去除和COD去除效果。由于采用臭氧系统成本巨大，并且很难将难降解有机化合物完全分解，但其可以让部分分解为更容易让生物降解的化合物是更可取的。臭氧将难降解有机物部分氧化后，可以利用微生物的联合工艺去除废水中染料并且将有机物完全分解。因此，臭氧氧化联合生物降解工艺可以作为处理高色度废水的更经济有效的工艺。
文献参考
[1] CBS, Census report year 2014 Indonesian Central Bureau of Statistics, 2014, p.230.
[2]Dey S,and Islam A.2015.A Review on Textile Wastewater Characterization in Bangladesh. Resources and Environment. 5: 15-44.
[3]Wang Z, Xue M, Huang K, and Liu Z. 2011. Textile Dyeing Wastewater Treatment, Advances in Treating Textile Effluent, Prof. Peter Hauser (Ed.), ISBN: 978-953-307-704-8, In Tech
[4]Fahmi C, and Rahmat N. 2010. Multi-stage Ozonation and Biologial Treatment for Removal of azo dye industrial effluent. International Journal of Enviromental Science and Development. 1: 193-8.
[5] Avsar Y, Kabuk H A, Kurt U, Cakmaki M, and Ozkaya B. 2012. Biological treatability processes of textile wastewater using electrocoagulation and ozonation. J. of Scientific andIndustrial Research. 71: 496-500.
[6] Bilinska L, Gmurek M, and Ledakowicz S. 2016. Comparison between Industrial and Simulated Textile Wastewater Treatment by Aops – Biodegradability, Toxicity and Cost Assessment. Chemical Engineering J. 306: 550-9.
[7]Cuiping B, Xianfeng X, Wenqi G, Dexin F, Mo X, Zhongxue G, and Nian X. 2011. Removal of rhodamine B by ozone-based advanced oxidation process. Desalination. 274: 84-90.
[8]Khamparia S, and Jaspal D. 2017. Adsorption in combination with ozonation for the treatment of textile waste water: a critical review Front. Environ. Sci. Eng. 11: 1-18.
[9]APHA, Standard methods for the examination of water and wastewater, 17th eds. APHA, AWWA and WPCF Washington DC, 1989, 3464 p
[10]Chen H W, Kuo Y L, Chiou C S, You S W, Ma C M, and Chang C T. 2010. Mineral
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