隨著對自來水水源環(huán)境及下水道二次處理水再利用的關(guān)注，二次處理水去色受到重視及印染廢水脫色處理。印染廢水中偶氮色素穩(wěn)定性高、水溶性大，是一種難降解的有機(jī)物。傳統(tǒng)的化學(xué)氧化法和生物法難以取得令人滿意的效果。臭氧的氧化性極強(qiáng)，在自然界中其氧化還原電位僅次于氟，常用于工業(yè)廢水的殺菌消毒、除臭、脫色等。臭氧化技術(shù)作為一種高級氧化技術(shù)近年來被用于去除染料和印染廢水的色度和難降解有機(jī)物。其反應(yīng)原理主要是通過活潑的自由基（OH·）與污染物反應(yīng)，使染料的發(fā)色基團(tuán)中的不飽和鍵斷裂，生成分子量小、無色的有機(jī)酸、醛等中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物難以被臭氧徹底氧化，但能夠被微生物進(jìn)一步降解，所以臭氧化處理可以作為印染廢水的預(yù)處理階段，提高廢水的可生化性。 

本實驗研究了不同條件下臭氧對偶氮染料活性艷紅X-3B模擬廢水的降解、脫色效能及其反應(yīng)動力學(xué)特性，探討了臭氧對活性艷紅X-3B的降解過程，以及臭氧對實際廢水的脫色和可生化性的影響，為印染廢水的臭氧處理技術(shù)提供了一些可參考的參數(shù)。 

1  實  驗 

1.1 試劑與儀器 

試劑  活性艷紅X-3B。 

實驗儀器  pHS-3C型pH值計。 

1.2 實驗裝置 

反應(yīng)裝置主要由臭氧、氧氣一體設(shè)備、反應(yīng)罐、剩余臭氧吸附器、增壓水泵、檢測儀器、控制柜等七部分組成（見圖1）。本實驗采我公司生產(chǎn)臭氧、氧氣一體設(shè)備聯(lián)用，其臭氧最大產(chǎn)量可達(dá)到5 g/h，并可調(diào)節(jié)濃度和氣體流量。反應(yīng)器高1 m，內(nèi)徑10 cm，臭氧從底部的底部增壓射流自吸進(jìn)入反應(yīng)器剩余臭氧用活性炭尾氣處理裝置吸收。    

 圖1  反應(yīng)裝置圖 

 1.3 分析方法 

活性艷紅X-3B的濃度采用分光光度法測定。在537 nm時，活性艷紅X-3B吸收度和 

濃度符合朗伯－比爾定律： 

式中：A為吸光度；C為活性艷紅X-3B的濃度。 

式中：A0為原水吸光度；At為反應(yīng)t時間后水樣的吸光度。  

實際廢水的色度采用稀釋倍數(shù)法；臭氧濃度采用碘化鉀滴定法。 

1.4 實驗步驟 

取4 L一定濃度由活性艷紅X-3B和蒸餾水配制的模擬廢水或?qū)嶋H廢水于反應(yīng)器中，開啟制氧機(jī)和臭氧發(fā)生器，增壓水泵及控制柜。調(diào)節(jié)流量(為了突出不同初始條件對臭氧處理模擬廢水的影響，實驗采用較低的臭氧流量，1.08 mg/min；而實際廢水處理采用的流量則為10.04 mg/min)，待臭氧流量穩(wěn)定30 min后通入反應(yīng)器。每隔一定時間進(jìn)行取樣分析。分析項目包括pH、CODCr、BOD5和吸光度等。 

2  結(jié)果與討論 

2.1 模擬廢水初始pH對脫色率的影響 

活性艷紅X-3B的起始濃度為50 mg/L，調(diào)節(jié)pH依次為：3.55、7.00、9.00、10.00、11.00，通入臭氧進(jìn)行處理，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，在堿性條件下，臭氧對模擬廢水的脫色效果好，隨初始pH的升高，脫色速度明顯提高。初始pH為11.00的模擬廢水在臭氧化30 min時，脫色率可達(dá)98.11%；而初始pH為3.55的模擬廢水脫色率只有44.48%。這主要是因為，廢水的初始pH升高，水中OH-濃度增加，有利于臭氧分解鏈反應(yīng)的引發(fā)，從而促進(jìn)臭氧的自分解[3]，產(chǎn)生更多的強(qiáng)氧化性的羥基自由基(OH·)，活潑的OH·與活性艷紅X-3B反應(yīng)，使活性艷紅X-3B中的發(fā)色基團(tuán)的偶氮鍵斷裂，加快了活性艷紅X-3B的降解、脫色速度。考慮到經(jīng)濟(jì)和效率因素，臭氧化反應(yīng)pH一般不宜超過10.3[4]。 

2.2 活性艷紅X-3B初始濃度對脫色率及動力學(xué)參數(shù)的影響 

圖3是pH為5.35，活性艷紅X-3B初始濃度不同時，相對于活性艷紅X-3B的反應(yīng)級數(shù)的確定。由圖3可以看出，活性艷紅X-3B濃度lg(C0/Ct)（其中C0是活性艷紅X-3B起始濃度，Ct是經(jīng)過t時間處理后活性艷紅X-3B的濃度）與反應(yīng)時間的關(guān)系為一條直線。表明在偏酸性條件下，活性艷紅X-3B的臭氧化反應(yīng)屬于一級反應(yīng)[5]。 

活性艷紅X-3B初始濃度為10、20、30、40、50 mg/L的模擬廢水的表觀速率常數(shù)k分別為0.0440、0.0278、0.0152、0.0114、0.0098 L/（mg·min），表觀速率常數(shù)與活性艷紅X-3B的初始濃度基本成反比。因此，當(dāng)臭氧的濃度一定時，在相同時間內(nèi)，模擬廢水脫色率隨活性艷紅X-3B濃度的降低而升高。 

圖2  pH對降解效果的影響   圖3 相對于活性艷紅X－3B的反應(yīng)級數(shù)確定 

2.3 模擬廢水的處理效果及臭氧化過程的紫外掃描光譜分析 

表1為初始pH為10的模擬廢水臭氧化60 min的處理效果。結(jié)果顯示，經(jīng)過60 min的臭氧化處理，廢水基本褪色，但CODCr卻沒有完全被去除。這可以解釋為：隨著染料的降解，所產(chǎn)生的小的有機(jī)裂解分子，不能在當(dāng)前的氧化條件下被完全分解；而pH的降低是由于臭氧化過程中產(chǎn)生了有機(jī)和無機(jī)的酸性陰離子所引起的[5]。 

經(jīng)過臭氧化處理，CODCr的去除率雖然只有55.11%，但BOD5與CODCr的比值卻從0.102提高到了0.405，提高了出水的可生化性?；钚匀玖现?，磺酸基團(tuán)使得染料具有可溶性，并可以和紡織或絲綢品結(jié)合；然而，這些基團(tuán)卻使該結(jié)構(gòu)對親電子攻擊不起反應(yīng)，這就使染料對傳統(tǒng)的生物法處理產(chǎn)生明顯的抵制作用[6]。通過臭氧化作用，活性艷紅X-3B分子分解，消除了這種抵制作用，改善了廢水的可生化性。 

表1  pH為10的模擬廢水臭氧化60 min的處理效果 

2.4 實際廢水的臭氧化處理     

廢水取自東莞某紡織印染廠的實際印染廢水。該印染廠所用染料主要是活性、偶氮染料。印染廢水用100目篩網(wǎng)過濾，去除大顆粒懸浮物，調(diào)節(jié)pH至9.66，臭氧質(zhì)量流量為10.04 mg/min，處理60 min，廢水基本脫色，其出水水質(zhì)見表2。   

表2  實際廢水臭氧化出水水質(zhì) 

由表2可以看出，該實際印染廢水原水CODCr雖然較低，但可生化性差，直接采用生化處理難以達(dá)到較好的處理效果。臭氧化處理60 min，原水的CODCr降低了61.2%，細(xì)菌降低99.9% BOD5/CODCr的比值從0.159提高到0.355，改善了廢水的可生化性，并使廢水在短時間內(nèi)基本脫色。因此，臭氧化可以與傳統(tǒng)的生化處理相結(jié)合，作為印染廢水的預(yù)處理階段。 

3  結(jié)  論 

（1）堿性條件下，臭氧化使印染廢水的脫色速率加快，提高廢水初始pH可以使活性艷紅X-3B的降解、脫色速率上升。 

（2）活性艷紅X-3B初始濃度小于50 mg/L時，臭氧降解活性艷紅X-3B的過程基本符合一級反應(yīng)，表觀速率常數(shù)與活性艷紅X-3B初始濃度基本成反比。 

（3）臭氧化能改善活性艷紅X-3B模擬廢水和實際印染廢水的可生化性，經(jīng)過臭氧化處理，模擬廢水和實際印染廢水的BOD5/CODCr可分別從0.102、0.159提高到0.405、0.355。 

（4）臭氧在水中殺滅情況有些不同，微生物菌體既與溶解水中的臭氧直接反應(yīng)，又與臭氧分解生成之羥基OH的間接反應(yīng)，由于羥基OH為極具氧化性的氧化劑，因此臭氧在水中的殺菌速度極快效率高。