降解印染废水的有效工艺探究

臭氧具有氧化能力强、气源易得、制备简单等优点,常被用于水和废水的处理。臭氧与水的混合方式对其氧化效果至关重要。常用的混合装置多为填料塔、喷雾塔、鼓泡塔等。这些装置构形简单,操作方便,但同时存在泡沫、液泛等问题,且其传质效率不够高。膜接触反应器是一种新型的气液接触装置,被广泛应用于甲烷、氧气、二氧化碳、二氧化硫、氨气以及臭氧等气液交换过程中。在此膜接触反应器中,应用疏水膜将气液两相隔离,在浓度差的作用下,气体从气相侧扩散到液相侧。该气液混合过程以无泡的方式进行传质,可有效地避免泡沫、液泛等问题。同时,因膜接触反应器的比表面积(a) 较大 ,其体积传质系数(kL a) 较高。在相同的臭氧传质通量下,膜接触反应器的体积较小。研究表明,其体积可比传统反应器小1 ~ 2 个数量级。

在膜接触反应器中,疏水膜将气液两相分开,使之独立流动。气相侧为臭氧气体,液相侧为吸收液(水或废水)。在浓度差的作用下,臭氧从气相主体跨越气相边界层、膜和液相边界层而进入液相主体,继而发生物理吸收或化学反应。在扩散过程中,需维持气相压力小于液相压力。有别于传统反应器,在此气液交换过程中无气泡产生。

随着液相流速增加,产水臭氧浓度下降。在较高的流速下,吸收液在膜丝中停留时间较短,臭氧传质量相对较少。与此同时,在较高的流速下,液相侧的湍流度较高。而较高的湍流度有利于削减边界层效应,从而促进臭氧扩散。产水臭氧浓度由这两种因素共同作用。产水臭氧浓度随水流速的升高而下降,这表明停留时间的减少影响更为显著。流速对体积传质系数的影响如图4 所示。随着流速即雷诺数的增加,体积传质系数增加。这正反映了在高雷诺数下液相边界层厚度较小,传质阻力随之减小的规律。

降解印染废水的有效工艺探究

利用膜接触臭氧氧化工艺对模拟印染废水进行降解。吸收液为100 mg·L - 1 的刚果红溶液。通过测定刚果红浓度及COD 值变化来评价该工艺处理印染废水的效率。并假定反应遵循伪一级反应动力学,通过降解速率常数ka 值定量描述。

在传统鼓泡反应器中,气体通过气泡界面进行传质。单位体积内气泡的面积决定传质效率,通过减小气泡大小,提高比表面积可显著增加传质和反应效率。而在膜接触反应器中,气液接触界面是膜的表面。因而,膜表面积大小对染料降解速率影响显著。如图8 所示,随着膜面积不断增大,染料降解速率常数不断增大。在鼓泡反应器中,降解常数为0. 204 s - 1 ; 而在膜接触反应器中, 降解常数为0. 002 5 s - 1 ~ 0. 336 s - 1 。当膜接触反应器的面积为2 700 cm2 时,降解常数可比鼓泡反应器大65% 。膜接触反应器的一个重要特点为比表面积大,填充密度高。可为臭氧传质和反应提供大量的接触界面。通过合理的组件设计,可在较小的体积内实现较大的气液接触面积继而实现传质。

降解印染废水的有效工艺探究

膜接触反应器臭氧传质效率优于鼓泡反应器,其体积传质系数kL a 值可达0. 317 s - 1 ,比鼓泡反应器的大1 ~ 2 个数量级。臭氧的体积传质系数只与流体和流道的性质有关,其关联式可表达为: Sh =1. 31Re0. 54 Sc0. 33 。而水流速、臭氧浓度、水温和膜长度等因素对传质都有较大的影响。

　　将膜接触臭氧反应器用于印染废水的处理,可有效提高氧化速率以及臭氧的利用率。与鼓泡反应器相比,当膜面积为2 700 cm2 时,COD 降解速率提高了69% ,比臭氧消耗率降低了45% 。

　　结果表明,基于膜接触反应器的臭氧氧化工艺可减小臭氧反应器的体积,提高臭氧的利用效率。该技术在废水臭氧氧化的应用上具有一定的发展潜力。