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印染行業(yè)是以加工棉、麻、化學(xué)纖維及其混紡產(chǎn)品、為主，對不同的加工原料會采用不同的加工工藝，且產(chǎn)生的廢水水量和水質(zhì)均有不同。據(jù)統(tǒng)計，印染行業(yè)不僅用水量巨大，且廢水排放量也大，我國印染行業(yè)廢水排放量和污染物總量分別位居全國工業(yè)部門的第2位和第4位，是我國重污染行業(yè)之一，且印染廢水堿度高、難生化有機物濃度高一直是廢水治理的難點。

MNMR催化劑催化臭氧氧化高濃度廢水，是一種高級氧化工藝，臭氧在催化劑的作用下，生成具有極強氧化能力的羥基自由基(?OH)而進行的游離基反應(yīng)，(?OH)具有很高的氧化還原電位(標(biāo)準(zhǔn)電極電位2.80V)，能夠處理高污染、難生化的有機廢水。臭氧催化法適合于COD濃度小于500mg/L的廢水，不僅擁有運行效果好、運行穩(wěn)定、無需調(diào)節(jié)pH且無二次污染等優(yōu)點。

本研究以玉林福綿產(chǎn)業(yè)園經(jīng)生化處理后的印染廢水為實驗用水，探究MNMR鐵基催化劑催化臭氧氧化印染廢水的COD及色度的去除效果，分析水體污染物質(zhì)的降解情況。

1、材料與方法

1.1 儀器與試劑

本實驗核心裝置為催化反應(yīng)器和臭氧發(fā)生器。催化反應(yīng)器的尺寸為φ800×7000mm(外徑與高度)，反應(yīng)器容積3m3，催化劑層容積1.5m3。配套廢水提升裝置(自吸清水泵：15m3/h，N=0.75kW，吸程6～8m)，以及相應(yīng)的管路閥門構(gòu)成，詳情如圖1所示。

1.2 實驗水質(zhì)

本次實驗用水為玉林市福綿產(chǎn)業(yè)園一二期污水廠內(nèi)經(jīng)生化處理后的印染廢水。原水COD的質(zhì)量濃度約為800～1000mg/L，色度約為500倍，pH約為10.5；經(jīng)生化處理后，COD的質(zhì)量濃度約為60～120mg/L，色度約為60～100倍，pH約為7.5。

實驗用水取自二沉池出水段處，通過現(xiàn)場自吸泵提升至反應(yīng)器中。實驗裝置可通過對催化反應(yīng)器進出水管的切換，可以實現(xiàn)控制塔內(nèi)氣水流態(tài)的變換。

1.3 實驗方案

實驗過程分為兩個部分，首先開始序批式實驗，然后開始連續(xù)流式實驗，詳細步驟如下。序批式實驗：一次性將原水引入反應(yīng)器，開啟臭氧發(fā)生器設(shè)備，調(diào)節(jié)儀表、閥門控制臭氧的投加量，根據(jù)不同的反應(yīng)時間，探究臭氧氧化對COD的降解效果。連續(xù)流式實驗：將水引入臭氧反應(yīng)器，連續(xù)進水，連續(xù)出水，同步開啟臭氧發(fā)生器，通過進水泵、閥門調(diào)節(jié)反應(yīng)器進水流量，調(diào)節(jié)儀表、閥門控制臭氧的投加量。實驗過程取進水前后水樣，連續(xù)運行，按照實驗設(shè)計的取樣時間取水樣，每天取1～2組，檢測水樣的COD和色度的污染物指標(biāo)。

1.4 分析方法

COD的測定依據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ828—2017《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》。用比色法測定水樣色度，稀釋倍數(shù)法校準(zhǔn)結(jié)果。

2、結(jié)果與分析

2.1 序批式反應(yīng)對COD和色度降解效果的影響

序批反應(yīng)是將與反應(yīng)器有效容積等體積(3m3)的原水一次性泵入反應(yīng)器中(即塔器內(nèi)沒有水的進出)，然后開啟臭氧發(fā)生器，探究臭氧氧化反應(yīng)時間對降解COD和色度的影響，于不同時間分別對反應(yīng)器取樣(從取樣口閥門取樣)。實驗結(jié)果如圖2所示。

如圖所示，隨著反應(yīng)的進行，COD和色度的去除率呈增長趨勢，且催化臭氧色度降解迅速。在反應(yīng)時間在30min內(nèi)，COD去除率可達到50%以上，最大去除率可達到70.2%。在序批式反應(yīng)階段，進水呈現(xiàn)淡黃色，但出水色度較低，約為20倍，色度去除率在80%以上，COD與色度良好的去除效果，來源于臭氧分子與反應(yīng)物的充分接觸。

2.2 連續(xù)流對COD降解效果的影響

連續(xù)流反應(yīng)是通過控制進水流量，改變廢水在反應(yīng)器的停留時間，以及通過改變臭氧發(fā)生器的進氣量和功率比來改變臭氧的投加量，設(shè)計進水流量分別為4、3、2m3/h，臭氧工況為0.7Nm3/h，通過多次取樣，探究連續(xù)流工況下對色度的去除效果，實驗結(jié)果如圖3所示。

結(jié)果如圖所示，在設(shè)計進水流量為4m3/h時，反應(yīng)器水力停留時間為45min，該工況下進水COD平均值為50.75mg/L，出水平均值為32.22mg/L，平均COD去除率為36.5%。當(dāng)進水流量為3.0m3/h，反應(yīng)器水力停留時間為60min，相應(yīng)的臭氧投加量為35mg/L，在該工況下，進水平均COD為67.6mg/L，出水COD平均濃度36.9mg/L，COD平均去除率為45.3%。當(dāng)進水流量為2.0m3/h，反應(yīng)器水力停留時間為90min，相應(yīng)的臭氧投加量為52.5mg/L，進水COD為58.12mg/L出水COD平均濃度為27.9mg/L，平均COD去除率為52%。

7組重復(fù)實驗數(shù)據(jù)顯示，出水水質(zhì)隨進水水質(zhì)波動較大。造成波動的原因可能由于進水水質(zhì)波動、測量誤差、空白偏移等所致。三個工況中，平均COD去除率隨著進水流量的降低而增高，同時進水COD越高，O/C比值越小，臭氧利用率越高。

2.3 連續(xù)流對色度降解效果的影響

通過連續(xù)流實驗，考察臭氧氧化系統(tǒng)對水體色度的降解效果。設(shè)計進水流量分別為為4、3、2m3/h，通過多次取樣測定水體色度值，進水色度值為54倍，探究連續(xù)流工況下對色度的去除效果，實驗結(jié)果如圖4所示。

圖中所示，連續(xù)流實驗條件下，臭氧氧化系統(tǒng)對水體色度的去除率較為穩(wěn)定，多組實驗結(jié)果顯示，色度去除率均圍繞著平均去除率上下波動。當(dāng)進水流量為為4m3/h時，色度的平均去除率為34.7%，進水流量為為3m3/h時，色度的平均去除率為44.3%，進水流量為為2m3/h時，色度的平均去除率為57.1%。色度去除率隨著進水流量的降低而增加，這與臭氧分子同水中色度基團接觸時間增長，氧化更徹底有關(guān)。

2.4 進水COD濃度對降解效果的影響

連續(xù)流實驗發(fā)現(xiàn)，進水COD濃度對COD的降解存在較大影響，設(shè)計實驗條件為進水流量分別為為4m3/h，通過多次取樣測定進出水色度值，探究不同COD濃度下對COD的去除效果，實驗結(jié)果如圖5所示。

圖中所示，反應(yīng)器中進水濃度與出水濃度呈現(xiàn)強相關(guān)關(guān)系，出水濃度隨著進水濃度的增加而增加，這說明在一定的實驗條件下，臭氧的去除效率較為穩(wěn)定，隨進水水質(zhì)波動較大。

3、結(jié)語

(1)臭氧氧化法對進水COD和色度均有較好的降解效果，且隨著進水COD的增加，降解效率也隨之增加。

(2)連續(xù)流對COD和色度的降解均有明顯下降，這與臭氧分子與水中污染物的有效接觸時間有關(guān)。

(3)臭氧氧化法對COD的降解效果隨進水COD濃度的變化而變化。