电絮凝-微纳米气泡臭氧氧化工艺处理高盐印染废水的研究_张亮.pdf

电絮凝-微纳米气泡臭氧氧化工艺处理高盐印染废水的研究张亮1，周姝岑1，李攀1*，陈文松21.同济大学环境科学与工程学院2.浙江天行健水务有限公司摘要高盐印染废水具有色度大、可生化性差、水质水量不稳定等特点，以致难以通过传统生化方法得到高效处理。将微纳米气泡臭氧（O3）高级氧化工艺与电絮凝（EC）工艺组合处理高盐印染废水，探究 2 种工艺的耦合作用，并研究电流密度、盐浓度、pH 等因素对组合工艺处理效果的影响。结果表明，单独 EC 法处理印染废水在一定程度有脱色和去除有机物的效果，但效率低。在相同条件下，EC 和 O3同时处理(EC+O3)150 min 与 EC 处理 30 min 后再经 O3处理 120 min(ECO3)过程相比，EC+O3处理印染废水的效率更高，去除 1 mg COD 消耗的 O3仅为 0.461.39 mg。随着电流密度和 pH 的升高，EC+O3工艺的色度、UV254、COD 和 TOC 去除率增加；盐浓度的增加对色度、UV254、COD 和 TOC 去除率影响不大。比较了 O3微纳米气泡工艺、高级氧化法 H2O2/O3、EC+O3 3 种方法对新疆和浙江实际印染废水的处理效果，并进行了经济性分析。3 种微纳米气泡处理工艺的单位污染物电能消耗量（EE/O）由低到高为 EC+O3 H2O2/O3 O3。关键词微纳米气泡；臭氧氧化；电絮凝；印染废水中图分类号：X703 文章编号：1674-991X（2023）02-0639-09doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220043Study on treatment of high-salt printing and dyeing wastewater byelectroflocculation-micro-nano-bubble ozone oxidation processZHANG Liang1,ZHOU Shucen1,LI Pan1*,CHEN Wensong21.College of Environmental Science and Engineering,Tongji University2.Zhejiang Tianxingjian Water Co.,Ltd.AbstractHigh-salt printing and dyeing wastewater has the characteristics of high chromaticity,poorbiodegradability and unstable water quality,which makes it difficult to be treated efficiently by traditionalbiochemical methods.Micro-nano-bubble ozone(O3)advanced oxidation process and electric flocculation(EC)process were combined to treat high-salt printing and dyeing wastewater,the coupling effect of the two processeswas explored,and the influence of current density,salt concentration,pH and other factors on the treatment effect ofthe combined process was studied.The experimental results showed that EC alone could decolorize dyeingwastewater and remove organic matter to a certain extent,but the efficiency was low.Under the same conditions,thetreatment efficiency of printing and dyeing wastewater by EC+O3 process was higher than that by ECO3 process(EC treatment for 30 minO3 treatment for 120 min),and the ozone consumed by removing 1 mg COD was 0.46-1.39 mg.With the increase of current density and pH,the decolorization rate,UV254,COD and TOC removal rateincreased.With the increase of salt concentration,the decolorization rate,UV254,COD and TOC removal rateincreased slightly.The effects of ozone micro-nano-bubble process,H2O2/O3 of advanced oxidation process andEC+O3 processes on the treatment of actual printing and dyeing wastewater in Xinjiang and Zhejiang werecompared,and the economic analysis was carried out.The electrical energy per order(EE/O)value of each stage ofthe three micro-nano-bubble treatment processes was EC+O3 H2O2/O3 O3 from low to high.Key wordsmicro-nano-bubble;ozone oxidation;electrocoagulation;printing and dyeing wastewater 收稿日期：2022-01-14基金项目：国家重点研发计划（2021YFC3200805），国家自然科学基金面上项目（51978489）作者简介：张亮（1997），男，硕士研究生，主要从事水体污染研究，*责任作者：李攀（1980），女，副教授，主要从事微纳米气泡研究， Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月张亮，周姝岑，李攀，等.电絮凝-微纳米气泡臭氧氧化工艺处理高盐印染废水的研究 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：639-647.ZHANG L,ZHOU S C,LI P,et al.Study on treatment of high-salt printing and dyeing wastewater by electroflocculation-micro-nano-bubble ozoneoxidation processJ.Journal of Environmental Engineering Technology，2023，13（2）：639-647.我国颁布的印染行业准入标准规定水的重复率要达到 35%以上，高盐印染废水是较难处理的工业废水之一1，具有色度高、难降解、有机物浓度高、pH 高、盐度高、排放量大等特点2-3。臭氧氧化法具有氧化性强4、不产生化学污泥、无二次污染、占地面积小等优点，在废水的回用中越来越受到关注5；微纳米气泡是一类直径在m 和 nm 尺度上的微细气泡，具有存在时间长、气液传质效率高、产生更多自由基以及界面 电位高等特殊性质6-7，可以氧化较难降解的有机污染物8-9；当臭氧与微纳米气泡技术联用时，具有促进臭氧从气相到液相的溶解、延长停留时间和增强氧化能力等优点，已被应用于去除有机物及色度并取得良好的效果10。电絮凝（EC）是通过牺牲阳极材料电解产生金属离子（如 Al3+和 Fe3+），水在阴极分解产生 OH，从而形成絮凝、氧化、还原作用，达到去除污染物的目的11，其特点是减少了污泥的产生，且易于操作12。已有研究表明，电絮凝和臭氧氧化技术结合可以提高印染废水的脱色效率，节约处理成本13-14，但是如何实现组合工艺的技术和经济的最优化，鲜见系统研究。因此，笔者将微纳米气泡臭氧氧化工艺与电絮凝工艺结合处理印染废水，探究其耦合作用，考察电流密度、盐浓度、pH 等因素对组合工艺处理效果的影响，比较臭氧微纳米气泡工艺、H2O2/O3、EC+O3 3 种方法处理实际印染废水的效能，以期为印染废水的高效处理提供科学依据和技术支持。1材料和方法处理对象为模拟印染废水溶液，参考实际印染废水性质，由活性染料、无机盐溶解于自来水制备而成。其组分及浓度如下：活性黑 KN-B 为 0.2 g/L、活性红 K-2BP 为 0.2 g/L、NaCl 为 3.3 g/L、COD 约为350 mg/L、TOC 约为 100 mg/L。1.1试验装置及方法试验在半连续流臭氧氧化装置中进行，该装置主要由臭氧发生器(COM-AD-01 型，Sevenstar 公司）、微纳米气泡发生器（MF5000P，NANOscientific,行恒科技）和圆柱形有机玻璃水槽反应器(340mm290 mm)组成（图 1）。其中电絮凝电极是将7 对易于使用的矩形铝扁平电极（220 mm220mm7.5 mm）以 UPVC 板固定用作阳极和阴极，对应于 484 cm2的电极表面积。将臭氧微纳米气泡工艺与电絮凝工艺分别以同步（EC+O3，电絮凝处理和臭氧氧化处理同时进行）及分步（ECO3，先电絮凝处理再进行臭氧氧化处理）形式处理印染废水。方法如下：反应器中加入 7.5 L印染废水，用 NaH2PO4/Na2HPO4或 H2SO4/NaOH 调节至所需的 pH。在 ECO3过程中，先将电极通电处理废水，同时开启微纳米气泡发生器，通入空气，起水力搅拌及循环作用。待达到预设时间后，关闭电极电源，打开臭氧发生器，调节气体流量为 0.4L/min、臭氧浓度为 40 mg/L。待气体中臭氧浓度稳定后，启动微纳米气泡发生器产生微纳米气泡臭氧，通入反应器与废水中染料反应，氧化反应时间控制为 150 min。于不同反应时间间隔取样，并通过 0.7m 玻璃纤维滤器过滤。在 EC+O3过程中，将电源电极与臭氧发生器同时开启，电化学反应与氧化反应同时进行。试验中微纳米气泡发生装置的原理为加压溶气-减压释放法。水泵上接出水管 A、进水管 B 和进气管 C 3 条管路，出水管为加压段，末端连接自行设计定制的微纳米气泡发生喷头 D。水泵出水管上安装有压力表，监测微纳米气泡释放的压力条件，吸气管上配有控制阀和流量计调节进气量。臭氧气体从进气口 C 被吸入微纳米气泡发生装置，与从进水口B 吸入的液体在水泵的作用下充分混合，压力提升至 0.4 MPa，而后从出水口 A 泵入反应器中，由于压力骤减，水中溶解的气体析出，产生大量的微米级和纳米级气泡（图 1）。微米气泡的测定采用激光粒度仪（HORIBA，LA960），在气泡产生后立即用蠕动泵采样至激光粒度仪样品池进行测定，测试样品呈牛奶色，平均粒径为 31.3 m，浓度为 5.17104个/mL；纳米气泡的测定采用纳米颗粒跟踪仪（NanosightNS300），含微纳米气泡的水样静置 5 min 后等待样品中微米气泡消失后测定，此时样品呈透明色，测得平均粒径为 112 nm，浓度为 2.81107个/mL。图 1 电絮凝-微纳米气泡臭氧氧化装置Fig.1 Electroflocculation-micro-