降解印染廢水的有效工藝探究

臭氧具有氧化能力強(qiáng)、氣源易得、制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),常被用于水和廢水的處理。臭氧與水的混合方式對(duì)其氧化效果至關(guān)重要。常用的混合裝置多為填料塔、噴霧塔、鼓泡塔等。這些裝置構(gòu)形簡(jiǎn)單,操作方便,但同時(shí)存在泡沫、液泛等問題,且其傳質(zhì)效率不夠高。膜接觸反應(yīng)器是一種新型的氣液接觸裝置,被廣泛應(yīng)用于甲烷、氧氣、二氧化碳、二氧化硫、氨氣以及臭氧等氣液交換過程中。在此膜接觸反應(yīng)器中,應(yīng)用疏水膜將氣液兩相隔離,在濃度差的作用下,氣體從氣相側(cè)擴(kuò)散到液相側(cè)。該氣液混合過程以無(wú)泡的方式進(jìn)行傳質(zhì),可有效地避免泡沫、液泛等問題。同時(shí),因膜接觸反應(yīng)器的比表面積(a) 較大 ,其體積傳質(zhì)系數(shù)(kL a) 較高。在相同的臭氧傳質(zhì)通量下,膜接觸反應(yīng)器的體積較小。研究表明,其體積可比傳統(tǒng)反應(yīng)器小1 ~ 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。

在膜接觸反應(yīng)器中,疏水膜將氣液兩相分開,使之獨(dú)立流動(dòng)。氣相側(cè)為臭氧氣體,液相側(cè)為吸收液(水或廢水)。在濃度差的作用下,臭氧從氣相主體跨越氣相邊界層、膜和液相邊界層而進(jìn)入液相主體,繼而發(fā)生物理吸收或化學(xué)反應(yīng)。在擴(kuò)散過程中,需維持氣相壓力小于液相壓力。有別于傳統(tǒng)反應(yīng)器,在此氣液交換過程中無(wú)氣泡產(chǎn)生。

隨著液相流速增加,產(chǎn)水臭氧濃度下降。在較高的流速下,吸收液在膜絲中停留時(shí)間較短,臭氧傳質(zhì)量相對(duì)較少。與此同時(shí),在較高的流速下,液相側(cè)的湍流度較高。而較高的湍流度有利于削減邊界層效應(yīng),從而促進(jìn)臭氧擴(kuò)散。產(chǎn)水臭氧濃度由這兩種因素共同作用。產(chǎn)水臭氧濃度隨水流速的升高而下降,這表明停留時(shí)間的減少影響更為顯著。流速對(duì)體積傳質(zhì)系數(shù)的影響如圖4 所示。隨著流速即雷諾數(shù)的增加,體積傳質(zhì)系數(shù)增加。這正反映了在高雷諾數(shù)下液相邊界層厚度較小,傳質(zhì)阻力隨之減小的規(guī)律。

降解印染廢水的有效工藝探究

利用膜接觸臭氧氧化工藝對(duì)模擬印染廢水進(jìn)行降解。吸收液為100 mg·L - 1 的剛果紅溶液。通過測(cè)定剛果紅濃度及COD 值變化來(lái)評(píng)價(jià)該工藝處理印染廢水的效率。并假定反應(yīng)遵循偽一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué),通過降解速率常數(shù)ka 值定量描述。

在傳統(tǒng)鼓泡反應(yīng)器中,氣體通過氣泡界面進(jìn)行傳質(zhì)。單位體積內(nèi)氣泡的面積決定傳質(zhì)效率,通過減小氣泡大小,提高比表面積可顯著增加傳質(zhì)和反應(yīng)效率。而在膜接觸反應(yīng)器中,氣液接觸界面是膜的表面。因而,膜表面積大小對(duì)染料降解速率影響顯著。如圖8 所示,隨著膜面積不斷增大,染料降解速率常數(shù)不斷增大。在鼓泡反應(yīng)器中,降解常數(shù)為0. 204 s - 1 ; 而在膜接觸反應(yīng)器中, 降解常數(shù)為0. 002 5 s - 1 ~ 0. 336 s - 1 。當(dāng)膜接觸反應(yīng)器的面積為2 700 cm2 時(shí),降解常數(shù)可比鼓泡反應(yīng)器大65% 。膜接觸反應(yīng)器的一個(gè)重要特點(diǎn)為比表面積大,填充密度高。可為臭氧傳質(zhì)和反應(yīng)提供大量的接觸界面。通過合理的組件設(shè)計(jì),可在較小的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大的氣液接觸面積繼而實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)。

降解印染廢水的有效工藝探究

膜接觸反應(yīng)器臭氧傳質(zhì)效率優(yōu)于鼓泡反應(yīng)器,其體積傳質(zhì)系數(shù)kL a 值可達(dá)0. 317 s - 1 ,比鼓泡反應(yīng)器的大1 ~ 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。臭氧的體積傳質(zhì)系數(shù)只與流體和流道的性質(zhì)有關(guān),其關(guān)聯(lián)式可表達(dá)為: Sh =1. 31Re0. 54 Sc0. 33 。而水流速、臭氧濃度、水溫和膜長(zhǎng)度等因素對(duì)傳質(zhì)都有較大的影響。

　　將膜接觸臭氧反應(yīng)器用于印染廢水的處理,可有效提高氧化速率以及臭氧的利用率。與鼓泡反應(yīng)器相比,當(dāng)膜面積為2 700 cm2 時(shí),COD 降解速率提高了69% ,比臭氧消耗率降低了45% 。

　　結(jié)果表明,基于膜接觸反應(yīng)器的臭氧氧化工藝可減小臭氧反應(yīng)器的體積,提高臭氧的利用效率。該技術(shù)在廢水臭氧氧化的應(yīng)用上具有一定的發(fā)展?jié)摿Α?/strong>