印染生產(chǎn)耗水量大，每生產(chǎn)千米印染布約消耗25 t 水，據(jù)文獻(xiàn)和資料統(tǒng)計，全國每天約有 7 000 000 t 印染廢水產(chǎn)生。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(zhì)、果膠物質(zhì)、含氮物質(zhì)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(fù)雜、生化性差等特點，這些廢水若不經(jīng)處理直接排放到水體中將會引起熱污染、水體富營養(yǎng)化，使水質(zhì)變黑、變色，生化性變差，處理困難；此外，廢水中可能含有的一些鉻、鉛等重金屬會在生物體內(nèi)通過食物鏈進(jìn)行積累，對人體造成危害。

目前印染廢水的處理方法有化學(xué)絮凝法、生物氧化法、濕氧化法、H2O2/UV 法、O3 預(yù)氧化法和活性炭吸附法等，但生物法處理效率低、反應(yīng)速率慢；活性炭吸附法處理費用較高，且再生使用困難；空氣濕氧化法需要較高的溫度和壓力，給處理帶來了一定的困難。

據(jù)文獻(xiàn)報道，化學(xué)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(yīng)用。

本研究采用化學(xué)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(jìn)行預(yù)處理，對3 種方法處理該廢水的工藝條件及應(yīng)用的可行性進(jìn)行了比較。

1 實驗部分
 
1.1 實驗材料
 
實驗儀器： Sartorius 普及型pH 計（PB-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-9030 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；微波消解儀，韶關(guān)市泰宏醫(yī)療器械有限公司；SP-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(fā)生器，南京沃環(huán)科技實業(yè)有限公司；800 型離心沉淀器，上海手術(shù)器械廠。

實驗試劑：重鉻酸鉀，工作基準(zhǔn)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(chǎn)過程中產(chǎn)生的偶氮染料堿性印染廢水，其水質(zhì)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(xué)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(zhì)量為 0.05 g。取100 mL 印染廢水于6 個燒杯中，調(diào)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(yīng)一定時間后，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(diào)pH 為一定值，改變反應(yīng)時間，考察反應(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(diào)pH 分別為3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、 8.0、9.0、10.0，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，測定濾液中的COD，考察pH 對處理效果的影響。

1.2.2 Fenton 試劑法
 
前期研究表明，當(dāng)硫酸亞鐵與雙氧水的質(zhì)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(diào)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(zhì)量體積比為1∶4 加入30%的雙氧水，攪拌反應(yīng)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(diào)pH 為一定值，改變反應(yīng)時間，考察反應(yīng)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(yīng)器中，調(diào)pH 分別為3.0、5.0、7.0、9.0、11.0、13.0，臭氧產(chǎn)生量為15 L/min（下同），反應(yīng)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(yīng)器中，調(diào)pH 為一定值，通入臭氧分別反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器中，調(diào) pH 為一定值，反應(yīng)適當(dāng)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(shù)法；BOD 的測定采用稀釋接種法〔11〕。

2 結(jié)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。

圖 1 pH 對處理效果的影響   

由圖 1 可以看出，以硫酸亞鐵為絮凝劑，當(dāng)pH為3.0 時，COD 去除率最高。這是因為在pH 為3.0 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(wǎng)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(dāng)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(dá)到46.15%。當(dāng)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(yīng)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(yīng)時間對3 種方法處理效果的影響如圖 2 所示。

圖 2 反應(yīng)時間對處理效果的影響 

從圖 2 可以看出，以硫酸亞鐵為絮凝劑時，隨著反應(yīng)時間的增加，COD 去除率沒有明顯的變化，說明反應(yīng)時間對COD 去除率沒有明顯的影響。但據(jù)文獻(xiàn)報道，如果反應(yīng)時間太短，硫酸亞鐵與廢水不能充分反應(yīng)，所以反應(yīng)時間以15 min 為宜。Fenton 試劑法中，反應(yīng)時間對COD 去除率有一定的影響，但不是很明顯，當(dāng)反應(yīng)時間為2 h 時，COD 去除率基本達(dá)到穩(wěn)定。臭氧氧化反應(yīng)中，反應(yīng)時間對COD 去除率的影響比較明顯，臭氧反應(yīng)1.25 h 時，COD 去除率達(dá)到最高。

2.3 其他條件對處理效果的影響
 
2.3.1 絮凝預(yù)處理實驗探索
 
一般印染廢水水質(zhì)水量的變化較大，采用單一的絮凝劑處理不能達(dá)到好的絮凝效果，因此復(fù)合絮凝劑的研制已成為絮凝法研究的一個新領(lǐng)域，并逐漸成為近年來的研究熱點。本實驗在單獨使用 FeSO4、聚合硫酸鐵的基礎(chǔ)上，研究了兩種絮凝劑復(fù)合使用的處理效果。取100 mL 印染廢水，將pH 調(diào)至3.0 附近，加入0.05 g 硫酸亞鐵，攪拌反應(yīng)1 h 后，將pH 調(diào)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(jié)果表明：當(dāng)硫酸亞鐵投加質(zhì)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(dá)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(yù)處理實驗探索
 
在上述最佳反應(yīng)條件下，考察了廢水體積對臭氧氧化去除COD 的影響，結(jié)果如圖 3 所示。

圖 3 廢水體積對臭氧氧化去除COD 的影響   

由圖 3 可知，隨著廢水體積的增大，COD 去除率逐漸下降，當(dāng)體積增大至3.0 L 后，COD 去除率下降的幅度增大。因此，結(jié)合實際工業(yè)應(yīng)用的情況，在此臭氧產(chǎn)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(yīng)器中，調(diào)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(yīng)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(jié)果如圖 4 所示。

圖 4 硫酸亞鐵共同作用下臭氧氧化的處理效果 

從圖 4 可以看出，當(dāng)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(dāng)硫酸亞鐵投加量為 0.9 g 時，COD 去除率達(dá)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(yù)處理實驗探索
 
進(jìn)一步的實驗研究表明，在最佳反應(yīng)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(dá)43.71%，色度去除率為93.74%，B/C 可提高至0.33。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(yīng)進(jìn)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(jìn)行比較，結(jié)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(yōu)于絮凝和Fenton 試劑氧化；硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵復(fù)合使用的預(yù)處理效果次之； Fenton 試劑處理該廢水，COD 的去除效果最差。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論
 
絮凝、Fenton 試劑和臭氧氧化3 種預(yù)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(yù)處理時，于100 mL 印染廢水中投加0.05 g 硫酸亞鐵和 1.00 mL 8%的聚合硫酸鐵，COD 去除率達(dá)49.35%，色度去除率為87.50%，B/C 升高至0.34；Fenton 試劑預(yù)處理中，控制廢水pH 為4.0，硫酸亞鐵與雙氧水的質(zhì)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(yīng)2 h，COD 去除率達(dá)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(dāng)臭氧產(chǎn)生量為15 L/min，硫酸亞鐵投加量為0.9 g 時，臭氧反應(yīng)1.25 h 后，COD 去除率達(dá)到49.93%，色度去除率達(dá)96.88%，B/C 提高到 0.31，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(yù)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(fù)合使用，預(yù)處理效果次之，但處理成本更利于工業(yè)應(yīng)用； Fenton 試劑預(yù)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(yù)處理方法為硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵復(fù)合使用的絮凝法。