臭氧－曝气生物滤池处理酸性玫瑰红染料废水

汪晓军 林德贤 顾晓扬 董方

华南理工大学环境科学与工程学院 广东 广州 510640

摘要：在实验室配制含酸性玫瑰红染料的印染废水，采用臭氧氧化－曝气生物滤池工艺开展处理试验。试验运行结果表明：臭氧氧化处理能提高模拟废水的可生化性，BOD/COD值由原水的0.18上升到0.36。经组合工艺处理后出水COD小于40mg/L，色度40倍以下，SS约50mg/L。处理效果良好。

关键词：印染废水；酸性玫瑰红染料；臭氧；曝气生物滤池；难生物降解 中图分类号：X701 文献标识码： 文章编号：

*

Treatment of dye Containing wastewater by ozonizing - biological aerated filter process

Lin Dexian, Wang Xiaojun, Gu xiaoyang, Dong fang

School of Environmental Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640

Abstract: The ozonizing - biological aerated filter process was used to treat the dye containing wastewater. The result shows that the ozonizing can improve the biodegradability, the BOD/COD ratio increase from 0.18 to 0.36. The effluent qualities are COD less than 40mg/L、SS about 50mg/L and color less then 40 times, and very good result was got by this process. Key words: Dyeing wastewater; acid roes dye; ozone; biological aerated filter; refractory wastewater

酸性玫瑰红为氧杂蒽染料，在厌氧及好氧条件下均难以生物降解[1]，另外由于酸性玫瑰红水溶性很好，利用混凝的方法难以去除。因而当生产过程中主要采用酸性玫瑰红染料时，生产过程排放的废水可生化性差，难以处理。目前该类废水常用的处理方法是加入次氯酸钠氧化脱色，但次氯酸钠氧化对COD去除率低，出水COD仍超标，且在氧化过程中会产生致癌的THMs物质[2]。

该类废水COD不高，但可生化性非常差，针对含酸性玫瑰红等难生物降解染料的印染废水开发经济有效的工艺有较大意义。对难生物降解废水的处理，采用化学氧化技术提高难降解物质的可生化性是一种有效的方法[3][4]。本文首先采用臭氧氧化处理脱色及提高废水的可生化性，根据废水COD不高的特点，采用对低浓度废水具有高效处理性能的曝气生物滤池工艺进一步去除有机污染物。 1 实验装置与实验方法 1.1 模拟废水配制

某厂使用酸性玫瑰红染料对锦纶布染色，每生产一吨布约产生10吨废水，用染料约2.5kg，加入除油剂及匀染剂2kg，染料上染率约90%，10%的染料被废染液或漂洗水带走。废水中主要污染物质包括没有上染的酸性玫瑰红染料、除油剂和匀染剂，也有少量布面上残留的杂质。在实验室参照废水的污染物主要成分含量配制模拟废水：酸性玫瑰红染料30mg/L，除油剂和匀染剂各200mg/L。模拟废水的水质如下表1。

表一：模拟废水水质

Table 1 The Simulating Influent Quality pH 7

色度 4000倍

COD 300mg/L

BOD 60mg/L

1.2 实验装置与操作

实验装置分两部分，一部分为臭氧氧化装置，工艺流程如图1；另一部分为曝气生物滤池处理装置，工艺流程如图2。实验装置所用的设备见表2。

图1 臭氧氧化工艺流程示意图 Fig.1 The Process Drawing

*广东省科技厅项目（2002C31630）

作者简介 汪晓军(1964-) 华南理工大学环境科学与工程学院 副教授，主要研究方向：水处理药剂，水处理工程。 电话：13312800348 E-mail cexjwang@scut.edu.cn

1

图2 曝气生物滤池工艺流程示意图

Fig.2 The Biological Aerated Filter Drawing

表2 实验用主要设备

Table 2 The Main List of Equipment for Experiment 序号 名称 规格与型号 1 臭氧发生器 2mg/L ×4

2 气体流量计

3 臭氧氧化反应柱

Ф115mm×1200mm 4 贮水箱 35cm×30cm×50cm 5 进水计量泵 LPH6 Qmax=18.9l/h 6 上流式BAF柱

Ф150mm×1200mm 7 曝气泵 ACO328 Q=75l/min 8 反冲气泵 ACO500 Q=470l/min 9 反冲水泵 WZ10-10 Q=10l/min 10

出水收集箱

20cm×30cm×50cm

臭氧发生器出口通过气体流量计计量气体流量。根据预先测定的臭氧发生器的臭氧化气中的臭氧浓度，计算出臭氧的发生量。臭氧反应柱底部设有微孔陶瓷扩散器，臭氧通过扩散器进入反应柱中，使臭氧迅速扩散到废水中。

1.3 分析方法

废水的色度、pH、CODcr、BOD5的检测均参照标准检测分析方法[5]，臭氧浓度的测量采用碘量法[6]。本实验还通过绘制废水的COD生物降解曲线来评价废水的好氧生物降解性能[7]。试验方法如下：

将新鲜的活性污泥（加入量按使混合后MLSS约在3000mg/L）、营养盐和受试的废水混合于一个容器

中，曝气7天，同时作一个空白试验（不加受试的废水）。在试验期间定期（每天）取样测量过滤后的废水的CODcr。用下式计算CODcr降解率DCOD：

DCOD??1????cT?cB?/cA????100％

式中：DCOD－取样测定时的COD降解率；

cA－受试废水的初始浓度； cT－取样测定时的COD浓度；

cB－取样测定时空白试验的COD浓度。

绘制CODcr降解率与时间的关系曲线，得废水的CODcr生物降解曲线，由降解曲线作受试废水好氧生物降解性能的定性评价。 2 实验结果与讨论

2.1 臭氧处理对色度去除的效果

对实验室配制的模拟废水采用臭氧氧化处理，色度去除效果如图3。色度去除率随着臭氧用量的增加而增加，当臭氧/染料（质量比，以下相同）达到4.5:1时，色度去除率达99%，模拟废水氧化后色度在20倍以下，臭氧/染料为3.6:1时，模拟废水氧化后色为40倍。

10080)%率(60除去度40色2000.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5O3/染料图3 臭氧氧化对模拟废水色度去除效果 Fig.3 The De-color Efficiency by Ozonizing Oxidation

2.2 臭氧处理对COD去除效果

臭氧处理对模拟废水COD的去除效果如图4，臭氧/染料为3.6和4.5时，模拟废水COD的去除率在30%左右，继续增大臭氧的用量对COD去除率没有明显影响。2

605040)%率(除30去DOC201000.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5O3/染料

图4 臭氧氧化对模拟废水COD去除效果

Fig.4 COD Removing Efficiency by Ozonizing Oxidation

2.3 臭氧处理对模拟废水可生化性提高的影响

一般情况下，化学氧化能改变难生物降解化合物的结构，使其断裂成更小的分子，这些中间产物一般

比原化合物更易被微生物降解[8][9]

。试验对经臭氧/染料为3.6和4.5分别处理后的模拟废水的可生化性的改变进行了研究，氧化前后的COD生物降解曲线如图5、图6。

原水7570(臭氧)/染料=3.6656055504540DOC35D302520151050020406080100120140时间 (h)

图5 臭氧/染料为3.6时模拟废水氧化前后COD生物降解曲线

Fig.5 Biodegradability Curve of Influent and effluent

by Ratio of Ozone to Dye 3.6

由试验结果，模拟废水经臭氧氧化处理后可生化性得到了明显的改善，不仅适应期大大缩短，而且最终达到的CODB/COD值由原水的0.3增大到氧化后的

0.6,根据COD[10]

B与BOD的换算关系，氧化后模拟废水的BOD/COD值为0.36，由此可见，模拟废水经臭氧氧化后由难生物降解变为易被生物降解。

75 原水70 臭氧/染料=4.5656055504540DOC35D302520151050020406080100120140时间 (h)

图6 臭氧/染料为4.5时模拟废水氧化前后COD生物降解曲线

Fig.6 Biodegradability Curve of Influent and effluent

by Ratio of Ozone to Dye 4.5

2.4 臭氧-曝气生物滤池工艺处理模拟废水的效果 （1）不同臭氧投加量的影响

对模拟废水采用臭氧-曝气生物滤池组合工艺进行处理，曝气生物滤池的停留时间固定为5小时，改变不同的臭氧投加量，得试验结果如表3。由试验结果，不经臭氧预处理，工艺对模拟废水的COD去除率只有不到30%，色度甚至上升。经臭氧处理后，COD及色度去除率大幅上升，在臭氧/染料值为3.6时，工艺对模拟废水的COD去除率可达约90%，最终出水色度40倍。

（2）曝气生物滤池停留时间对COD去除的影响

采用臭氧-曝气生物滤池组合工艺对模拟废水进行处理，固定臭氧的投加量为臭氧/染料=4.5，改变曝气生物滤池的停留时间分别为3小时和7小时。得到组合工艺对模拟废水处理效果如图7。曝气生物滤池停留时间为3小时，出水COD平均约为33mg/L，工艺COD去除率平均达到88%；停留时间为5小时，出水COD平均约为25mg/L，工艺COD去除率平均达到91%；停留时间为7小时，出水COD平均约为16mg/L，工艺COD去除率平均达到95%。组合工艺对模拟废水的处理取得了非常好的效果。

3

表3 不同臭氧量预处理下臭氧-曝气生物滤池工艺处理效果

Table 3 The Treatment Results of Ozonizing - biological Aerated Filter Process in Different Ozone Dosage

臭氧/ 染料 0 1.8 2.7 3.6 4.5

100COD(mg/L) 原水 臭氧 出水 297.81 297.81 210.80 297.81 261.98 47.62 297.81 230.30 33.30 297.81 207.10 30.46 297.81 203.05 25.25 COD去除率(%) 臭氧 BAF 全工艺 0 29.22 29.22 12.03 81.82 84.01 22.67 85.54 88.82 30.46 85.29 89.77 31.82 87.56 91.52 色度(倍)

原水 臭氧 出水 4000 4000 4500 4000 800 800 4000 200 200 4000 40 40 4000 20 20

低。该处理工艺目前已申请了国家发明专利。

COD去除率(%)4095[参考文献]

1 安虎仁,钱易,顾夏声,杨艳茹. 厌氧条件下染料的生

物降解性能与染料废水处理的研究. 化工环保. 1994, 14:200-204

2 张立义. 次氯酸钠对印染废水中挥发性卤代烃的影响. 环境污染与防治. 2001, 2:91

3 Zing U, Andrew Hong, Wavrek David. Chemical Biological treatment of Pyrene. Water Research. 2000, 34(4):1157-1172

4 LEE Byung-Dae, Masaaki hosomi, Akihiko Murakami. Fenton oxidation with ethanol to degrade anthracene into biodegradable 9,10-anthraquinon. Water Science Technology. 1998, 38(7):91-97 5 国家环保局，《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水监测分析方法（第四版）[M]．北京：中国环境科学出版社，2002

6 61 徐新华,赵伟荣. 水和废水的臭氧处理. 第一版. 化学工业出版社, 2003:126

7 刘振庄等(译). 水与大气质量分析方法国际标准. 第一版. 中国环境科学出版社,1990:123-125 8 Zing U, Andrew Hong, Wavrek David. Chemical Biological treatment of Pyrene. Water Research. 2000, 34(4):1157-1172

9 Katayana A, Matsumara F. Photochemical Enhanced Microbial degradation of environmental pollutants. Environmental Science Technology. 1991, 25:1329-1333

10 钱易,汤鸿霄,文湘华. 水体颗粒物和难降解有机物的特性与控制技术原理下卷. 第一版. 中国环境科学出版社. 2000:86

3590 COD去除率85302520151050 出水COD 停留时间3020100-104-124-134-144-154-165-225-235-245-255-264-184-194-204-214-22DATE--图7 不同曝气生物滤池停留时间对处理效果的影响 Fig.7 The Effect of Retention Time of BAF to Treatment Result

COD(mg/l)

3 经济技术分析

对实验室配制的模拟废水采用臭氧-上向流曝气生物滤池工艺处理，主要工艺参数：臭氧投加量为臭氧/染料=3.6，曝气生物滤池停留时间3小时，气水比4:1。处理后出水水质可达到色度40倍，COD约40mg/L，SS约50mg/L。按产生每克臭氧需耗电20w计，吨水处理耗电2.7kw，按电费为0.7元/度计，臭氧工艺段耗电费1.89元/吨水，鼓风曝气需耗电费0.1元/吨水。 4 结论

（1）臭氧氧化对含酸性玫瑰红模拟废水的色度去除效果很好，臭氧/染料=3.6时，色度去除率可达到99%，氧化后废水色度40倍。

（2）臭氧氧化处理能提高模拟废水的可生化性，臭氧加入量为臭氧/染料=3.6时，BOD/COD值由原水的0.18上升到0.36。

（3）臭氧-曝气生物滤池工艺处理模拟废水，处理后出水水质可达到色度40倍，COD小于40mg/L，SS约50mg/L，处理费用约2元/吨水。工艺简单，投资费用

停留时间 (h)404