印染廢水處理
隨著中國經濟的快速發展，工業廢水的產生量逐年增加，水環境問題也日趨嚴重。紡織印染廢水是中國最主要的工業廢水污染源之一，廢水中含有大量難降解有機物，是目前工業污染治理的難點。印染廢水一般采用生化法進行處理，但生化法具有占地面積大、投資成本高、易產生二次污染且對COD和色度的去除率不高等缺點。
臭氧具有強氧化性，但是臭氧的利用率較低。多相催化臭氧氧化法是將一些金屬（或金屬氧化物）負載到某些載體（如活性炭）上，以此提高臭氧的利用率。催化臭氧氧化法處理印染廢水具有占地面積小、處理時間短、無二次污染且對色度去除率高的優點。筆者以活性炭（AC）為載體制備了負載鐵錳氧化物的催化劑（Fe+Mn）/AC，并將其用于多相催化臭氧氧化處理實際印染廢水的試驗中，同時對工藝參數進行了優化。
1試驗部分
1.1試驗材料
原水取自常州市武進紡織工業園區馬杭污水處理廠進水口，廢水呈紫紅色，有刺激性氣味，COD為682.4mg/L、色度為450倍、TP為2.57mg/L、NH3-N為14.85mg/L、pH=8.6。
活性炭：粒狀(GAC)，氣性活化法制得，孔徑5~10nm。
其他試劑：100mg/L的Mn2+溶液，100mg/L的Fe2+溶液，無氨水，質量分數為95%的乙醇（分析純），COD快速測定D試劑，COD快速測定E試劑。
1.2試驗裝置及流程
試驗采用圖1所示工藝流程。其中臭氧反應器為自制管式玻璃反應器，其管徑58mm，有效高度500mm，采用鈦合金微孔布氣曝氣頭布氣。
試驗前先用純水沖洗反應器，再開啟臭氧發生器預氧化5min以去除臭氧反應器中可能消耗臭氧的成分，然后排空，再用純水沖洗2次。然后將一定量的活性炭或負載了金屬的活性炭催化劑加入到反應器中，通入廢水，打開氧氣瓶，調節氧氣壓力為0.05MPa，打開臭氧發生器，控制臭氧流量一定，待反應一定時間后，從出水口取樣分析COD、色度、NH3-N等指標，并計算相應的去除率。
圖1試驗工藝流程
2結果與討論
2.1催化劑的制備與選擇
催化劑采用浸漬焙燒法制備。選取一定量活性炭洗凈，分別用質量分數為10%的NaOH和HNO3溶液浸泡，然后烘干、活化。按一定比例，各取一定體積的100mg/L的Mn2+溶液和Fe2+溶液，配成100mL混合溶液，然后將預處理后的活性炭放入混合溶液中浸泡24h。將浸漬好的活性炭干燥、焙燒。重復浸漬、焙燒2~3次，制得鐵錳配比不同的活性炭負載催化劑。
各取20g不同催化劑進行臭氧氧化試驗，調節氧氣壓力為0.05MPa，打開臭氧發生器，控制臭氧通氣量為0.2L/min，反應60min，以COD去除率為指標，考察不同催化劑（包括活性炭）對COD去除效果的影響，結果見表1。
由表1可以看出，活性炭對COD有一定的吸附去除作用，與之相比催化劑對COD的去除率大幅提高，說明催化作用明顯，其中以鐵錳質量比1∶2時制備的（Fe+Mn）/AC催化劑對印染廢水處理的效果最好。
2.2催化劑的穩定性
加入20g最佳條件下制備的（Fe+Mn）/AC催化劑，在臭氧通氣量為0.2L/min，廢水pH=5的條件下，通入300mL印染廢水，反應60min后從反應器中取出全部水樣，重新加入300mL原水水樣，如此反復6次，測定每次取出的水樣的COD并計算COD去除率，相應的COD去除率依次為81.7%、81.4%、80.9%、79.6%、77.4%、74.5%？梢钥闯，催化劑在使用6次后，COD的去除率僅比第一次使用時降低了約7%，說明（Fe+Mn）/AC具有較好的活性和壽命。
2.3影響多相催化臭氧氧化工藝的條件
以COD去除率為考察指標，對影響多相催化臭氧氧化工藝的條件進行了優化。
2.3.1反應時間對印染廢水處理效果的影響
通入300mL印染廢水，在廢水pH=8.6、臭氧通氣量為0.2L/min、（Fe+Mn）/AC投加質量為20g的條件下，分別在反應10、20、30、40、50、60、90、120min時取樣分析并計算COD去除率，結果見圖2。
由圖3可以看出，隨著臭氧通氣量的增加，COD的去除率也在提高，但超過0.2L/min后COD的去除率變化不明顯，考慮到運行成本，確定本試驗最佳臭氧通氣量為0.2L/min。
2.3.3催化劑投加量對印染廢水處理效果的影響
通入300mL印染廢水，在廢水pH=8.6、臭氧通氣量為0.2L/min，反應時間為60min條件下，改變（Fe+Mn）/AC投加質量，考察其對COD去除率的影響，結果見圖4。
由圖4可以看出，催化劑投加質量超過20g后，COD去除率變化較小，因此確定催化劑的最佳投加質量為20g。
2.3.4pH對印染廢水處理效果的影響
通入300mL印染廢水，在反應時間為60min、（Fe+Mn）/AC投加質量為20g、臭氧通氣量為0.2L/min的條件下，調節廢水pH，考察pH對COD去除率的影響，結果見圖5。
由圖5可以看出，pH在4～6時，（Fe+Mn）/AC的催化活性較高，COD的去除率均達到75%以上，并以pH=5時最高。因此確定本試驗廢水最佳pH=5。
2.4對印染廢水中主要污染指標的去除效果
在最佳運行條件下，即（Fe+Mn）/AC投加質量為20g、臭氧通氣量為0.2L/min、廢水pH=5、處理時間60min，廢水出水的COD、NH3-N、TP分別為124.9、1.45、0.17mg/L，色度為4倍，COD、NH3-N、TP、色度去除率分別為81.7%、90.2%、93.4%、99.1%。
馬杭污水處理廠采用好氧活性污泥法處理印染廢水，其二沉池出水中COD、TP、氨氮等分別為133.5、12.48、0.36mg/L，色度為16倍。由此對比可知，多相催化臭氧氧化法對印染廢水中COD、氨氮、TP、色度都有很好的去除效果。
3結論和建議
在制備活性炭負載型催化劑的基礎上，采用多相催化臭氧氧化工藝對印染廢水進行試驗研究，確定了主要影響因素和最佳工藝條件。對于武進紡織工業園區馬杭污水處理廠的原水，該工藝可行并可達到較好的處理效果。本次試驗是在單因素條件下進行分析的，但在實際處理中會有多種因素對實驗結果造成影響，因此要結合實際，考慮多因素條件下多相催化臭氧氧化處理印染廢水的效果。通過對運行成本的估算可知，多相催化臭氧技術運行成本較高，建議作為預處理使用。根據工廠的實際情況，適當減少處理時間，催化臭氧氧化達到預處理效果后，可與活性生物床處理技術相結合，最終使出水達標排放。這樣既降低了運行成本，又提高了處理效果。
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