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輻射技術在印染廢水處理中的應用
集萃印花網  2011-01-06 00:00:00
    【集萃網觀察】1 印染廢水處理現狀

 。1)色度深,脫色困難

  印染加工生產過程中,染料的平均損失率約為20%。在各類染料中,活性染料和硫化染料的上染率最低,染料平均排放率高達30%左右,酸性染料和直接染料的平均排放率也在10%以上。因此,印染廢水色度很高,對其進行脫色處理一直是廢水處理的主要任務。國內比較成熟的生物活性污泥池處理法、物理化學處理法和膜處理法等技術,都不同程度地存在脫色效率不高,處理后的印染凈化水無法被循環(huán)利用的問題。

  (2)COD(化學需氧量)高,降解困難

  印染廢水COD濃度非常高,這主要是由于在印染加工過程中除使用大量的合成染料外,還使用了大量難降解的染整助劑,如PVA(聚乙烯醇)、APEO(烷基酚聚氧乙烯醚)以及ABS(烷基苯磺酸鈉)。這些助劑約有95%以上會殘留在廢水中,從而使得廢水COD高達2000mg/L,而BOD5/COD值則介于0.2。0.3,廢水的可生化降解性極差[4]。

  2 輻射作用機理

  2.1常用輻射源

  目前常用的輻射源可以分為兩大類:射線源和儀器源…。

  最普遍的輻射源是60co,其次是1”cs和船Kr。60co放射產生

  的R射線具有能量高、穿透力強和半衰期長等特點,但是由于射線源的穿透力強,所以對安全防護要求也要高得多,而且先期投資成本比較大。最常見的儀器源是電子加速器,它具有劑量率高、聚焦性好、能量利用率高和操作方便等特點。在全世界生產用輻射源中,電子加速器約占70%一80%,60Co輻射源只占20%~30%;如果按加工能力計算,電子加速器則大約占90%,而60Co僅占10%[6]。

  2.2輻射降解機理

  采用叮射線或者加速電子對廢水進行處理時,一方面,高能射線可以與污染物直接作用,引起它們分解和改性;另一方面,高能射線以及加速電子可以與水發(fā)生作用,產生一系列的自由基、離子、水合電子(e二)以及離子基等,這些粒子具有相當高的活性,能與有機污染物發(fā)生氧化或者還原作用,使其降解。通常情況下,純水在高能射線輻照下,會發(fā)生如下反應[7]

  H20—.0H(2.7)+eaq-(2.6)+H`(O.45)+H30+(2·6)+H202(0.7)+H2(0.45)

  注:式中括號內是G值,即輻射化學的能量效率,其定義是每吸收100eV射線能量所生成產物的分子數。

  在這些活性自由基中,eaq-和H·屬于還原性離子,·OH與H2O2則為氧化性離子,它們在有機物的降解中起著最主要的作用!H自由基具有很強的電子親和力,氧化還原電位很高,達2.8V,可以與含芳環(huán)或多重鍵的有機化合物發(fā)生加成反應,與飽和的有機物發(fā)生奪氫反應。而H2O2則既可以作為氧化劑,又可作為還原劑。

  3 國內外輻射處理印染廢水現狀

  采用輻射技術處理廢水,一方面不會產生有害試劑,避免對環(huán)境的二次污染;另一方面,操作簡單,處理效率高。因此,國外從20世紀七八十年代就開始進行研究,至90年代已經有工廠采用輻射技術進行廢水處理。下面僅就國內外輻射技術在印染廢水處理方面的應用研究作一簡介。

  3.1輻射處理對印染廢水色度的去除效果

  印染廢水的脫色效果是評價廢水處理方法是否有效的關鍵指標之一。由于目前的染色介質以水為主,所以絕大部分染料均易溶于水,而且由于染料分子質量較大,多數染料在水中都能形成親水性膠體,使得印染廢水的常規(guī)脫色變得非常困難[8]。輻射處理本質上屬于高級氧化處理技術,其在輻射過程中形成的大量·OH自由基和H2O2:,可以迅速氧化染料分子中的不飽和基團,破壞其發(fā)色基團。

  對活性染料水溶液的輻射脫色研究表明,輻射處理可以有效去除染料水溶液的顏色[9-12].對于低濃度(50mg/L)的偶氮類活性染料,如活性黑5和活性紅198,1kGy的輻射劑量即可以達到99%的脫色率(1戈瑞表示1kg受輻照物質吸收1J能量)。而對于高質量濃度(800mg/L)活性染料,如活性紅M一3BE、活性藍XBR和活性黃x—R水溶液,要想達到顯著的脫色效果,則需要加大輻射劑量。例如,偶氮類的活性紅M一3BE脫色率達到100%時,吸收劑量約為27.8kGy[9];而對于蒽醌類的活性藍XBR,當吸收劑量為25kGy時,其脫色率也只能達到84%。這說明染料的種類對其脫色率起著重要作用,在低吸收劑量(9.2kGy)下,蒽醌結構的活性藍XBR脫色率只有33%,遠低于偶氮結構的活性黃x-R76%的脫色率[10].

  除此之外,對于水溶性的酸性[13-16]和直接染料[17]輻射處理也有較好的脫色效果。顧建忠、朱錦梁等人對蒽醌染料酸性藍40溶液采用電子束輻射研究表明,采用0.3MeV電子加速器進行輻射處理時,隨著輻照時間的延長,酸性藍40水溶液的色度先是快速下降,之后逐漸趨于平穩(wěn),15min之后染液已經無色;且染液濃度越大,達到完全脫色所需的輻照劑量也越大。AliVahdat等人則利用10MeV電子加速器對直接染料進行了脫色研究,結果表明,對于50mg,/L的直接黑22,9kGy的吸收劑量即可以使其完全脫色;而當染料質量濃度升高到100,150和200mg/L時,其脫色率則分別降低至61.7%,59.6%和52.9%。

  對于難溶于水的分散染料,AgustinN.M.Bagyo¨馴等人的研究表明,R射線輻射對水溶液中偶氮類分散染料(TR-4G和TBCMS)的沉降和脫色效果也有重要影響。在氧氣飽和的分散染料溶液中,當輻照劑量為6kGy以上時,染液經過’射線輻射后再利用硝酸調節(jié)pH值,染料的吸收峰、pH值以及總有機碳明顯降低。作者認為這是由于分散染料膠體在輻射過程中被氧化,形成了一些分子質量較大的有機酸,當溶液中加入硝酸將pH值調至1左右時,這些有機酸離子就成為不溶性的有機酸分子,從而發(fā)生沉淀。

  另外,研究者們通過研究染料在輻射前后的紫外吸收光譜發(fā)現,輻射處理后所有水溶性染料在可見光區(qū)的特征吸收峰都大幅度減弱甚至消失,而且吸收峰向短波方向移動;與此同時,染液pH值也降低。這說明染料分子在電子束的輻射作用下,其發(fā)色基團已經被破壞,同時生成了小分子的酸性物質,從而去除染液顏色,降低染液pH值。

  3.2輻射處理對廢水COD的去除效果

  COD去除率是污水處理的一個最重要的指標,COD值越大,說明水體受有機物的污染越嚴重。對印染廢水而言,COD值幾乎可以表示廢水中全部有機物氧化分解所需氧量,因而它是目前應用最廣泛的間接表示廢水中有機物的重要污染指標[19],也是國家標準中廢污水排放的主要參數。按照國家紡織染整工業(yè)水污染物排放標準,COD日均排放質量濃度不應超過100mg/L[20].

  在輻射處理廢水過程中,部分染料分子會被最終氧化或者還原成為無機物,因此對廢水的COD也有去除作用。

  現有研究發(fā)現,單獨采用輻射處理,廢水的COD去除率與吸收劑量和初始染料濃度都存在密切關系。隨著吸收劑量的

  增加,COD去除率逐步增大;而染料濃度增加,則會降低COD去除效果[9-12,15,21]例如,對初始質量濃度分別為57mg/L和515mg/L的活性染料溶液進行電子束輻射,當吸收劑量為0.5kGy時,其COD去除率分別為10%和0%;而當吸收劑量提高到108kGy時,其COD去除率則分別達到37%和13%[21].

  與輻照脫色相比,在同樣的吸收劑量下,COD去除率比脫色率要低得多。這是因為染料溶液受到電子束輻照后,染料分子的一些化學鍵在活性自由基的作用下會發(fā)生斷裂或重排,其發(fā)色基團被破壞,所以染液的顏色也隨之被除去。但是,染料分子化學鍵的破壞只是將其降解成為低分子有機物,而不會使其降解成無機物[10,22]COD反映的則是體系中所有的有機物含量,所以,在同樣試驗條件下,COD去除率比脫色率小很多。

  目前,印染污水處理常采用吸附、絮凝、過濾以及沉降工藝,主要包括生物活性污泥池處理法、物理化學處理法和膜處理法等。一級處理以絮凝為主,二級處理主要采用生化技術,有表曝、空曝、接觸氧化、生物轉盤等。但這些方法在處理印染廢水的過程中都存在二次污染。近年來新出現的高級氧化處

  如紫外輻射法、Fenton氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法以及輻射降解法等,以其高效降解、無二次污染等特點逐漸得到研究人員的廣泛關注。在諸多高能氧化方法中,輻射技術具備效率高,工藝簡單,處理效果好,對環(huán)境影響小等特點,是一種應用前景較廣的廢水處理方法。

  采用輻射技術處理廢水最早可以追溯到20世紀60年代。1956年,LoweJr.首先采用鈷源來對廢水進行輻照,取得了很好的效果。自此,利用輻射處理廢水的研究不斷深入。隨著現階段高能電子加速器技術的飛速發(fā)展,以及輻射技術在凈化飲用水和處理廢水等方面的工業(yè)化應用,輻射技術在污水處理方面的巨大應用前景逐漸顯現。

  據統(tǒng)計,國內印染廠每年用水量約占整個紡織工業(yè)用水的80%,廢水排放量達6.5億噸之巨…。印染廢水以其水量大、有機污染物組分復雜、色度深、水質變化大等特點,成為國內外公認的難處理工業(yè)廢水之一。

來源:印染在線

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