2010年我國(guó)《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》上明確指出，在經(jīng)過(guò)多年的治理之后，印染行業(yè)仍然以129.60萬(wàn)t的COD排放量位居行業(yè)COD排放量的第二位。由此可見(jiàn)，印染行業(yè)傳統(tǒng)處理方法仍然存在著未能解決印染行業(yè)水量大、色度高、成分復(fù)雜、難降解、生物毒性大等特點(diǎn)〔1〕，因此急需開(kāi)發(fā)新型的治理技術(shù)和方法。近年來(lái)，環(huán)境領(lǐng)域工作者開(kāi)始將高級(jí)氧化法應(yīng)用于處理印染廢水〔2, 3, 4, 5〕。高級(jí)氧化法由W. H. Glaze〔6〕首次提出，泛指氧化過(guò)程中有大量羥基自由基參與的深度化學(xué)氧化過(guò)程，其特點(diǎn)是：使用范圍廣、處理效率高、反應(yīng)迅速、二次污染小，可回收能量及有用物質(zhì)。它的這些優(yōu)點(diǎn)使其在難處理的印染廢水的深度處理中有比較好的應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)部分
 
為比較兩種典型的高級(jí)氧化法——紫外（UV）與超聲波（US）在處理同種模擬印染廢水時(shí)的深度處理效果及理論能耗，采用Fenton試劑（H2O2+Fe2）分別與UV、US聯(lián)合處理模擬印染廢水，研究Fenton試劑投加量、體系pH、反應(yīng)時(shí)間、體系功率等因素對(duì)于模擬印染廢水的脫色率的影響，比較此兩種典型的高級(jí)氧化法的處理效果及理論能耗。

1.1 藥品與儀器
 
染料：均為市售商用染料，包括酸性嫩黃（單偶氮，苯環(huán)結(jié)構(gòu)）、直接桃紅（雙偶氮，蒽環(huán)結(jié)構(gòu)）、直接金駝（三偶氮，苯環(huán)結(jié)構(gòu)）。

試劑：30%H2O2，硫酸亞鐵銨等，均為分析純。

儀器：ZXC-D型紫外線(xiàn)燈，40 W；KQ-100DB型數(shù)控超聲波清洗器，頻率40 kHz，功率100 W；722型可見(jiàn)分光光度計(jì)；PB-10型pH計(jì)；電子天平等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法
 
以模擬印染廢水（由偶氮染料酸性嫩黃、直接桃紅、直接金駝配制而成）脫色率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，原水初始質(zhì)量濃度均選為100 mg/L，采用單因素實(shí)驗(yàn)法對(duì)兩種典型的高級(jí)氧化法進(jìn)行對(duì)比，各因素控制量的實(shí)驗(yàn)順序采用正交實(shí)驗(yàn)獲得的影響大小順序，控制量的固定值采用正交實(shí)驗(yàn)中的中間值（H2O2 9 mL/L，F(xiàn)e2 200 mg/L，pH=5，系統(tǒng)輸入功率 40 W，反應(yīng)時(shí)間 60 min）。

UV-Fenton法：改變體系H2O2、Fe2投加量、反應(yīng)初始pH、紫外燈管距離、反應(yīng)時(shí)間，考察各因素對(duì)偶氮染料深度處理的效果。

US-Fenton法：改變體系超聲功率、超聲水浴溫度、反應(yīng)時(shí)間、H2O2、Fe2投加量、反應(yīng)初始pH，考察各因素對(duì)偶氮染料深度處理的效果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
 
2.1 H2O2投加量對(duì)處理效果的影響
 
為使UV、US體系的處理效果具有可比性，將體系其他操作條件擬定為一固定值，單獨(dú)討論單因素條件影響下兩種高級(jí)氧化體系對(duì)模擬印染廢水的脫色效果。

兩種體系Fe2投加質(zhì)量濃度均為200 mg/L，初始pH均為5，輸入功率均采用40 W（此時(shí)紫外燈管距液面距離為0），反應(yīng)時(shí)間60 min時(shí)，單純討論H2O2投加量對(duì)處理效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖 1。

圖 1 雙氧水投加量對(duì)偶氮染料脫色率的影響   

由圖 1可見(jiàn)，隨著雙氧水投加量的增加，偶氮染料脫色率在兩種高級(jí)氧化法處理時(shí)均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)采用UV-Fenton法時(shí)，雙氧水的投加量在8.0~10.0 mL/L時(shí)會(huì)使3種不同結(jié)構(gòu)的偶氮染料的脫色率均維持在95%以上。當(dāng)采用US-Fenton法時(shí)，雙氧水的投加量在3.5~5.0 mL/L時(shí)會(huì)使3種不同結(jié)構(gòu)的偶氮染料的脫色率均維持在95%以上。有研究指出〔7, 8〕，雙氧水在高級(jí)氧化法中承擔(dān)的作用是向反應(yīng)體系中提供羥基自由基，本研究也發(fā)現(xiàn)，羥基自由基的提供以及增加對(duì)偶氮染料的脫色起到了關(guān)鍵性的主導(dǎo)作用，在研究的范圍內(nèi)（雙氧水投加量在2~20 mL/L），雙氧水的存在使得偶氮染料的脫色率均維持在70%以上。本研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于UV-Fenton系統(tǒng)可向反應(yīng)體系提供的能量（30 W）低于US-Fenton系統(tǒng)（50 W），加之UV-Fenton系統(tǒng)的反應(yīng)溫度（室溫）低于US-Fenton系統(tǒng)（55 ℃），因此UV-Fenton系統(tǒng)較US-Fenton系統(tǒng)所需提供的雙氧水量更高。

2.2 Fe2投加量對(duì)處理效果的影響
 
兩種體系雙氧水（30%）投加量均為9 mL/L，初始pH均為5，輸入功率均采用40 W（此時(shí)紫外燈管距液面距離為0），反應(yīng)時(shí)間60 min時(shí)，單純討論Fe2投加量對(duì)處理效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖 2。

圖 2 Fe2投加量對(duì)偶氮染料脫色率的影響 

由圖 2可見(jiàn)，隨著Fe2投加量的增加，偶氮染料脫色率在兩種高級(jí)氧化法處理時(shí)均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，這是由于Fe2是Fenton體系催化產(chǎn)生羥基自由基的催化劑，適當(dāng)?shù)耐都恿靠梢员ＷC該實(shí)驗(yàn)快速有效地進(jìn)行，但投加量過(guò)大，也會(huì)由于H2O2消耗過(guò)快而降低利用率〔9, 10〕。Fe2的投加質(zhì)量濃度在150~250 mg/L時(shí)會(huì)使3種不同結(jié)構(gòu)的偶氮染料的脫色率均維持在90%以上。

2.3 體系初始pH對(duì)處理效果的影響
 
眾多研究結(jié)果〔11, 12, 13, 14〕表明，高級(jí)氧化法大多數(shù)在較低的pH區(qū)域內(nèi)才能夠取得較好的處理率，本研究?jī)煞N體系雙氧水（30%）投加量固定為9 mL/L，F(xiàn)e2投加質(zhì)量濃度固定為200 mg/L，輸入功率均采用40 W（此時(shí)紫外燈管距液面距離為0），反應(yīng)時(shí)間60 min時(shí)，對(duì)體系初始pH對(duì)處理效果的影響做出分析，結(jié)果見(jiàn)圖 3。

圖 3 體系初始pH對(duì)偶氮染料脫色率的影響   

由圖 3可見(jiàn)，無(wú)論UV-Fenton還是US-Fenton，高級(jí)氧化法仍然在酸性范圍內(nèi)取得最佳脫色率，UV-Fenton在體系初始pH=5附近取得3種結(jié)構(gòu)偶氮染料的最佳脫色率；而US-Fenton在體系初始pH=3.5附近取得3種結(jié)構(gòu)偶氮染料的最佳脫色率。US-Fenton對(duì)體系的初始pH要求更嚴(yán)格。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)處理效果的影響
 
兩種體系雙氧水（30%）投加量固定為9 mL/L，F(xiàn)e2投加質(zhì)量濃度固定為200 mg/L，體系初始pH為5，輸入功率均采用40 W（此時(shí)紫外燈管距液面距離為0）時(shí)，體系作用于偶氮染料溶液的時(shí)間對(duì)處理效果的影響見(jiàn)圖 4。

圖 4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)偶氮染料脫色率的影響  

由圖 4可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，3種結(jié)構(gòu)偶氮染料的脫色率呈線(xiàn)性上升，對(duì)于US-Fenton系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)達(dá)到較高的脫色率（98.5%）后再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，偶氮染料的脫色率也不會(huì)得到大幅度的提高。US-Fenton系統(tǒng)相對(duì)UV-Fenton系統(tǒng)達(dá)到95%以上脫色率所需反應(yīng)時(shí)間更短，30 min就可實(shí)現(xiàn)對(duì)3種結(jié)構(gòu)偶氮染料的脫色。而UV-Fenton系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)95%左右的脫色率則需130 min，因此，當(dāng)僅考慮反應(yīng)時(shí)間所耗的能量時(shí)，US-Fenton的應(yīng)用范圍更廣。

2.5 系統(tǒng)功率對(duì)處理效果的影響
 
兩種體系雙氧水（30%）投加量固定為9 mL/L，F(xiàn)e2投加質(zhì)量濃度固定為200 mg/L，體系初始pH為5時(shí)，反應(yīng)時(shí)間60 min，改變US系統(tǒng)超聲波發(fā)生儀的輸出功率，改變UV系統(tǒng)待處理溶液距紫外燈管的距離，使系統(tǒng)輸出功率隨之改變，考察系統(tǒng)輸出功率對(duì)處理效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖 5。

圖 5 功率對(duì)偶氮染料脫色率的影響 

由圖 5可以看出，由于待處理溶液距紫外燈管距離可調(diào)性有限，UV-Fenton系統(tǒng)可調(diào)節(jié)的輸出功率變化范圍不大，因此各種結(jié)構(gòu)的偶氮染料脫色率變化也不大，在98.0%~99.5%范圍內(nèi)波動(dòng)。而US-Fenton系統(tǒng)可調(diào)節(jié)的輸出功率范圍變化較大（40~80 W），但3種結(jié)構(gòu)的偶氮染料脫色率變化仍不明顯，集中在95.5%~99.8%，也能取得較高的脫色效果。因此，系統(tǒng)輸入功率不必要求過(guò)高，只需維持體系能量正常供給，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)偶氮染料的脫色。

2.6 溫度對(duì)處理效果的影響
 
UV系統(tǒng)的脫色率均在室溫下獲得，改變US系統(tǒng)超聲波發(fā)生儀的水浴溫度，考察US-Fenton系統(tǒng)溫度對(duì)處理效果的影響，結(jié)果表明，體系溫度對(duì)偶氮染料的處理率影響甚微，無(wú)論在室溫下反應(yīng)還是升高系統(tǒng)溫度，偶氮染料的脫色率均能達(dá)到96%以上，雖然3種結(jié)構(gòu)的偶氮染料均在35~40 ℃附近取得最佳脫色率，但如果原始廢水溫度并不高，也沒(méi)有必要另輸入能量提高待處理廢水溫度。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論
 
UV-Fenton與US-Fenton均可產(chǎn)生大量活性粒子，氧化水體中難降解有機(jī)污染物，對(duì)于典型印染廢水——偶氮染料均可取得95%以上的脫色率；綜合理論試劑投加費(fèi)用、耗電量以及反應(yīng)時(shí)間等因素，US-Fenton擁有更好的應(yīng)用前景。