微电解法处理三种红色染料废水的研究

微电解法处理三种红色染料废水的研究时间：2010-4-10:00:00|来源：中国印染化学品网|浏览次数：147微电解法处理三种红色染料废水的研究陈瑜,朱驯(盐城纺织职业技术学院化学工程系,江苏盐城224005)摘要:以模拟染料废水为研究对象,用铁碳微电解法处理高色度的3种红色染料废水。分别考察了铁碳比、反应时间、氢氧化钙的投加量对原废水去除效果的影响;比较了微电解法与其他方法的去除效果,探索了微电解法处理染料废水的机理。实验结果表明,微电解法对染料废水有明显的去除效果,固定废水pH值为5.8左右,反应时间分别为25,30,20min,铁碳比分别为1∶1.5,1.5∶1,2.5∶1,氢氧化钙投加量分别为0.02,0.06,0.05g时,活性红的去除率为92.7%,直接红的去除率为91.8%,酸性红的去除率为98.9%。关键词:微电解法;活性红染料;直接红染料;酸性红染料在盐城地区众多染化工厂中,红色染料被广泛采用。生产过程排放出的废液,含有大量的水溶性染料,色度大,有机物与残酸含量高,是目前最难处理的废水之一[1]。目前,一般较多的是混凝-生化工艺处理,但处理效果并不理想[2]。利用微电解法对其进行预处理,可以实现出水脱色效果好,可生化性显著提高[3],而且投资少,占地面积少,操作简单。并且此方法可以利用工业上废弃的铁屑资源,达到节约资源、以废治废的环保效果。1实验部分1.1试剂铁屑(粒度为8~24目);活性炭(粒度为8目);工业用石灰粉(Ca90%)。实验用水:以成品染料活性红X-3B、直接大红4BE、酸性红3R配制的模拟废水作为水样,用蒸馏水配制,1.5g/L。1.2微电解处理废水的基本原理铁屑(较多使用铸铁屑)为铁和碳合金,当浸没在废水溶液中时,就构成一个完整的微电池回路,形成一种内部电解反应;而在铸铁屑中再加入惰性碳(如石墨、焦炭、活性炭、煤等)颗粒时,铁屑与碳颗粒接触,则形成大原电池[4]。使得铸铁在受微电池腐蚀的基础上,又受到大原电池的腐蚀,这就加速了铸铁的腐蚀。电极反应如下:新生态产物H和Fe具有较高的化学活性,在偏酸性溶液中能与印染废水中的许多组分发生还原反应,破坏发色物质的发色结构,使染料的共轭体系发生断裂而达到脱色的目的,使大分子染料离解为低分子物质,提高其生物可降解性[5]。Fe2+和Fe3+还是良好的絮凝剂,在适宜的pH值时会形成Fe(OH)2和Fe(OH)3絮状沉淀。在碱性条件下Fe2+和Fe3+具有很高的吸附-絮凝活性,能将废水中的染料分子交联在一起而絮凝沉积下来,从而提高了去除率。粉煤灰本身为碱性有利于氢氧化铁胶体的形成,所含的硅酸盐胶粒又可起助凝剂作用[6]。1.3实验方法铁屑预处理:铁屑先过目筛,再用碱洗去油,然后用1%稀硫酸浸泡,以除去其表面的氧化物,增大其表面面积和活性。最后用自来水反复冲洗几遍,并用自来水浸泡备用。将处理过的铁屑放进小烧杯中,干燥30min后加入一定量的活性炭,取印染废水水样,用浓盐酸调pH值为一定数值,称取定量的铁屑和活性炭加入上述废水50mL,置于搅拌器上搅拌5min,然后停止搅拌,静置25min后,取上层清液1cm放入比色皿中,用721分光光度计测其吸光度。测定方法:先用紫外可见分光光度计对每一种染料进行扫描测定,获得这些染料的紫外可见光谱、最大吸收波长为495~500nm,把最大吸收波长定为500nm,再用721分光光度计分别测量它们的吸光度[7]。2结果与讨论2.1铁碳比对去除率的影响在上述的填料粒径下,其他参数如下:铁碳总量为10g不变,固定废水pH=5.8,反应时间25min,测定结果见图1。在铁屑中加活性炭粒,既可加剧电化学反应,提高处理效果,还能维持填料层一定的空隙率,防止铁屑结块,保持良好的水力条件,延长内电解柱的再生周期。但所加碳量也并非越多越好。本实验对这3种染料处理得到:随着碳量的增加,去除率增加,但随着碳量的增加到一定值,去除率开始下降并保持基本不变。结果表明,当铁碳比分别达到1∶1.5,1.5∶1时,活性红和直接红的去除率分别达到66.8%和93.8%,而酸性红在2.5∶1时最大去除率为92.7%。为了保证有较长的使用周期,初始铁屑比例不能太低。实际操作中一般控制铁碳比为1∶1。2.2反应时间对去除率的影响为了考察反应时间对处理效果的影响,铁碳总量为10g不变,比例为1∶1。固定废水pH=5.8不变的情况下,根据每种染料不同的最佳铁碳比投加量,探讨不同时间段对不同染料去除率的影响,分析结果的实验数据见图2。由图2可知,随着时间的延长,酸性红的去除率曲线显得很平缓。而活性红和直接红却有明显的增加,但是增加到一定时间也会变的平缓。由酸性红的去除率对反应时间具有比较小的依赖性,即反应基本是瞬间发生。我们解释为:微电解法脱色是通过电化学作用破坏废水中有色物质的发色基团,并不是有色物质从废水中被去除的结果。2.3石灰用量对处理液去除率的影响为了考察氢氧化钙用量对处理效果的影响,固定其他参数如下:铁碳总量为10g不变,比例为1∶1,废水pH=5.8,反应时间25min。以处理过上清液作为对象,分析氢氧化钙投加量的影响,结果见图3。由图3可知,随着氢氧化钙投加量的增加,酸性红没有明显变化,去除率一直最高;而其他两种染料废水的去除率发生了明显的变化,在投加量到0.02g时,直接红有了一定程度的下降,而活性红却有所升高,此时活性红的去除率达到了最大值92.7%,当投加量到0.04~0.05g时,直接红的去除率开始升高,最后逐渐平缓,至达到平稳状态。2.4对比实验取约100mL盐城某印染厂废水于2个反应器中,依次加入20g活性炭和总量为20g的Fe/C混合物于pH=5.8中作用,其结果见图4。由图4可知,铁炭微电解通过电化学腐蚀、氧化还原、物理吸附、絮凝沉淀等一系列过程[8],破坏了难降解有机物的复杂结构,比单独使用活性炭处理提高了废水的去除率而且作用时间短。3结论(1)铁碳比对废水处理有很大影响:铁碳比在1∶1.5时活性红的去除率为66.8%;铁碳比在1.5∶1时直接红的去除率为93.8%;铁碳比为2.5∶1时,酸性红的去除率为92.7%。(2)处理时间在25min时,3种红色染料废水去除率都能达到最佳处理效果。(3)氢氧化钙的投加量对直接红、酸性红影响较大。(4)从实验结果来看,该方法对处理酸性红染料有显著的效果。