印染废水脱色新方法的研究

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1、第3卷第4期1984年8月环境化学E NV!RONMENTALCHE MIST R YVol.3,No.4August1 98 4竺丝 巨旦旦 旦些,些里巴 巴,旦竺鱼兰妇旦三纽竺竺竺 竺巴里里巴旦竺巴.印染废水脱色新方法的研究周一定蔡伟民孙丽欣(哈尔滨工 业大学应 用化 学系)要本文报道 了用复极性粒子群电极进行可溶性染料废水 脱色新方 法 的研究。用此方法可使浓度高达1 0。一。 OP Pm的染料液(阳离子艳蓝、活性艳红、直接嫩黄、娜酸红、亚 甲基蓝等)的 脱色率 达”%以上,可使含有直接、活性、阳离子、玻性等各类染料的高色度混合溶液 处理到近于无 色透明,C O Dc,与B ODS的 去

2、除率达8 0%以上.实验 说明,本法 具有高效能、低能耗、使用寿命长、再 生容易的特点。印染废 水的脱色处理一直是国内外没有得到很好解决的问题。目前常用 的生化法,虽然能有效地去除印染废水中可生物降解的有机污 染物,但是脱色率较低,仅能达到4 0一60%左右,出水仍有较高的色度,它既不符合排放要求,也谈不上水 的回用。本文综合了活性炭吸附法、电解法、电场作用下水处理法 的优点,研究出用由粒子群电极组成的脱色反应器(简称脱色反应器)处理可溶性染料废 水的新方法。此法 的CO D。r与B o D。去除率达8 0%以上,脱色率可达”%以上,而且一亘脱色率下降,可用简易方法 对脱色反应器进 行再生。此

3、法 与活性炭吸附法相比有长得多的使用寿命,与传统的电解法相比财有明显的低 能耗 的特点。实验与结果一、实验 装t、流程与分析方法1.装置脱色反应器由d=2毫米的有机玻璃制成,其结构示意图如图1所示。2.流程实验中采用两种操作流程:静态间歇式与动态连续式。;前者用于对脱色反应器中充填物的选择与最佳配比的确定、反应器使用寿命的考察以及 与活性炭吸附法的对比试验等,后者 用于对脱色反应器 综合性能的考察。3.分析方 法采用7 2型分光光度计测定印染废液的光密度,以此计算脱色率。有关脱色率 的表示方法 已报道的有多种,本文脱色效果的表示采用两种方法:(1)当入 水染料浓度为已知时,用比色法测得出水浓度

4、,再按下式求 得 二脱色率=入 水浓度一出 水浓度入水浓度丫工0 0%环境化学3卷交交产叼叼亿少少卜卜卜卜卜卜卜洲洲洲了产尸z刁I I I_ _ _电砚砚砚砚砚砚砚砚砚砚砚砚砚砚一一(12V) ) ); ; ; 卜卜卜卜卜卜卜一尹洲洲 I,尸护一卜卜群群群缎缎圈1脱色反应器结构示意图长度:200mm,直径:46m 犯;(2)当入 水染料浓度不可知吐互废水),仅用进出水光密度表示脱色效果。利用紫外 分光光度计( SPS一100)测出各嚣料黔”厂废华篆竿的紫外一可见“谱利用 常规方法测定印染废 水处理前后 的COD c:和B OD。二、实脸给果通过正交设计试验 筛选出了以活性炭为主,再加上其它 一

5、些物料,以一定比例混 合而成 的粒子群电极,充填在脱色反应器中,外电压选定为1 2伏,在此条件下进行了一系列 的试验,现将与 印染废水脱色有关的主要实验与结果分述如下:1.对各种水溶性染料溶液的脱色试验用1书反应器在外 电压12伏条件下,对浓度均为looppm的下述染 料溶液:活性艳橙x一GR溶液、直接耐硒嫩郊G L溶漱弱醉熟归RS溶液等进行脱色试验,维果见表1一3。处理前后的 紫外一可见光谱图见图罗一4。从上述实验结呆可以看出,脱色反应器 对活性艳橙等各类水溶性染料溶雍的脱色效果是充填层高度:1 20mm衰1很好 的,脱色 率都在9 9%左右或更亮_。对10 0p pm直接耐晒嫩黄溶液的脱色

6、效果周效果脱色期首次(总第1 45周期)48个周期的平均值末次(总第19 2周期)E出c出( rp盯)服 色率气久)0。040。8S 分。20。0 8!。卜幼4*本文中提到 的处理周期为处 理液2 sml加入到脱色反应器后,在12V外电压作屏下,在反夜翻内停留2 5分钟后,再放出的 间歇操作周期。表内提到的“总第1 4 5周 期”,其意即为该反应器在处理现有染抖:前,已处 理过 别种染料 溶液1“个周期尚未再生。衰2对10Oppm活性艳橙溶液的脱色效果脱色双果首 次(总第19 3周期)52个周期的 平均值末次(总第24 心周 期)E出C出( PP功)脱 色率(%)0。01 10。018;:;。

7、02 3。8 59 9。154期印染废水脱色新方法的研究裹3对100p pm弱酸红溶液的脱色效果、一_周脱色矿蔺认首次(总第24 5周 期)5 8个周期的平均值末次(总第3 02周期)E出0。0150c出(p p水)脱 色率(%):;!3:犷0。0 251。29 8。8原液(7 PPm)处理液60050 04 00300孟(mp)图2IO0ppm直接耐晒嫩黄溶液处理后的紫外一可见光谱图(为对比,同 时 给出7p pr n各相 应染料 溶 液 的紫外一可 见光谱图,下同)原液(7ppm)原液( 7ppm)处理液处理液700.6005 004 003加20 0700600几丈m 产)50 040之

8、 (mP)30 0200圈31 00 Ppm活性艳橙溶液处圈41的p pm弱酸红溶液处理理后 的紫外一可见光谱图后的紫外一可见光谱图为了进一步考察脱色反应器的使用寿命、再生 效果以及 综合处理 能力,又采 用静态间歇 式 与动态连 续式两种方法 进行了试验。2.静态 间歇式试验 对反应器使用春命、再生效果的考察:脱色反应 器A(简称A反应器,外电压 1 2伏,内装以活性炭为主的总 重量为6 3克的充填物)交替处理 了10 0一40 oP Pm的各种染料溶液共5 63个周期,结果如表4。.此时出水明显有色,停止运行,用 水反冲洗的方法进行再生。用再生 后 的A反应器继续处理2 00 Ppm的阳离

9、子艳蓝溶液,其结果见表5。图5为Zooppm阳离子艳蓝溶液处理 后的紫外一可见 光谱图励夜(7pp m)几(.p)图52 0帅pm阳离子艳蓝溶液处理后的紫外一可见光谱图环境化学3卷表4A反应器使用寿命的试验结果处理溶液亚 甲基蓝阳离 子 艳蓝(1 00PPm)阳离子艳蓝(400PPm)活 性艳 橙弱酸红处理结果(2 0 0PPm)(1 0 0P P血 )(1公0ppm)处 理周期 数平均 出水光 密 度*平均 出水浓度(p pm)平 均脱色 率(%)1理40。0850。490。81 G40。0飞30。899。6;:;、。5 20。03 71。4598。5 5580。舫22。5 79 7。3*测

10、 出水光密度时所 使用的波长 为:亚甲基蓝,几=68 0m井;阳离子艳蓝,久二60 0m口;活 性艳俊,几二5 2 0mJ;弱酸红,又二5 2 0m封.裹SA反应 器再生后对2 0op四阳离子艳亩溶液的脱色效果处理期桌第一周期知个 周期平均值第5 0个周期周丫结E出C出(pp触)脱 色率(%)0.00 50。099。.0 470。899。f i由此可见,这 种脱 色反应器的使用寿命相 当长,运行了56 2个周期近25 0小时,处理了1 4升10 0一4 0 0 Pr m的各种高色 度染料液以后,脱色 率仍 可达97%以上,而当脱色率下降时,又可用简单的水反冲洗法使之恢 复良好 的工 作能力,从

11、而更有利于延长它 的使用寿命。3.间歇式试 验对脱色反应器综合处埋能力的考察为了考察脱色反应器综合处 理_的效 呆与能力,用它 对工j一印染废 水进 行试验。废水取自哈尔滨针织厂3,井的地沟 水,并适 当配加该厂各生产染缸中的染液混 合而成。印染废液的pH值为6.8,CODcr为2 65.9 5 毫 克/ 升,光密度E)2以=62 0 毫微米)。废液 中主要染料成份为水溶性的直接、阳离子、活性、酸性染料等。由于染料中 含有较多的悬浮物,进反应器前 先通过过滤器。印染废液脱色后,其 出水色度为无 色透明状,E出为0.02 8(E原)2.0 )CO D。r的去 除率为幻.7%(回流法)。印染废液处

12、理前后 的紫外一可见光谱图如图6所 示。4.动态试验 对脱色反应器综合处理能力与能耗 的考察印染废 水取自哈尔滨针织厂(由地沟 水与染 缸 液以1:l比例配成),成份与上述相同。71奋I协605(川400又(m声少图6上厂印染废液处理前后的紫外一可见光谱图处理条件:脱色反应器B内装有以活性炭为主的充填物6 4 克,外 电庄1 2伏,流速一4一3 0毫升/分。(1)脱色反应器B对印染废水综 合处理能力的实验结果 见表6。当流速在4毫 升/分时,出水光密度仅0.01,基本无 色透明,脱色率达99%,CODc,去除率达8 4%。实验中 还处理 了COD 高达1 2 80毫克/4期印染皮水脱色新方法的

13、研究升、BOD。高达72 1.0 5毫克/升,E原2的上述工厂废水,试验结果 出水近于无色透明,COD。,降到37.6 6毫克/升,B OD。降到3 7.3毫克/升,它们 的去除率均达9 0%以上。由此可见,脱色反应器对印染废 水的脱色和去除CO D。r、B OD。的能力都是高效 的。表6不同流速下的处理结果流速(m/记恤)一一一一全乞竺1一一一一一一一-一下一二一C些史一二一E*E:。原水(mg/约一出水(m/协去 除率去日、L刀布J(),0!“0,6 2 “8“7“8 20”0 , 5“2083 55了8)20!”0 3“208 8241了0201”042“2081 , 68“8.2“”0

14、8 “20“2。”_64(%)砚n51勺月.5一bt口口O目(2)脱色反应器能耗按 下式计算(电压V1 2伏,电流I为n毫安,流量O为4毫升/分):每m“废水电耗二上述结 果是以入 水光 密度大于2。o、(IV右)/1000Q一玄=0.5 5度电/m“CO D。r为6 20.8毫克/升、出水光密度为0.0 1时的计算结果,实际上工厂排放的印染废水远没有实验中所用 的配水这样高的色度,同时脱色反应 器 的结构设计与处理 工艺条件等都可改进(我们已进行 与正在进行这方面 的试验)。因此,用脱色反应器处理 工厂可溶性染料废 水的实际能耗完全有可能再降低。5.与单纯活性炭吸附法脱色试验 的对比为了进一

15、步考察脱色反应器所具有的使用寿命长,易于再生的特点,进行了与单纯活性炭吸 附处理 印染废 水的对比试验。用同样比例可同样体积 的充填物分别装置 两个脱色反应器,护反应 器外接1 2伏电压,使充填物作为粒子群电极发挥作用,2,反应器不接外电压,主要发挥活性炭的吸附作用。同时对4 00 Ppm阳离子艳蓝R L溶液进行脱色 对比试验,以考察两者 的差异。经过1 4 4个周期 的运转,结果见表7。表了对比试验 结果第一 周期“4个周期平均值第14 4周期1一期一处一E出c出(pp口)0。0180。20。03 50。50。045E出c出(ppm)0。0550。183由表7可以看到1井脱色反应器 的脱色效

16、果 明显地高于2#(单纯活性炭吸附 法),到第14 个周期 时2约出水浓度已达9.lp pm,呈现较深 的色度,一为此停止2,的脱色试验,用一定量水反冲洗以期达 到再生的目的。2经水反冲洗后继 续进行脱色 试验,其结 果见表8。环境化生子3卷表82反应器经 水冲洗后的脱色效果一二丁罗,l .一一.一l -一甘.,- . l“一而门l . l I,. 周。.抖夕乡,。月兀2么土匕 二夕 盆从m_-一一一卞-一一34E出c出(ppm).0 80.1 0.52.0J70。27O。465。7101 0由表8看 出,2“反应器用水反冲洗后再 对400rr。的阳离子 艳蓝 溶液进 行脱色试验中,当试验运行

17、到第五周期时,出水浓 度就达1 Orr。,脱色率降到了反冲洗前的水平。由此可见,活性炭吸附饱和 后,不可能用简单的水反冲 洗法达 到再生的目的。而充填 粒子群电极的脱 色反应器,却可以用简单的 水反冲洗法再生 的。三、粒子群电极脱色反应 器工作机理 的探讨粒子群电极脱 色反应器的工 作机理,既与单纯活 性炭吸附法不尽 相同,义有别于传统 的电解法。虽然反应器中的活性炭由于其巨大的表面积 对可溶性染料分子有程度不 同的吸附富集作用,这一点与单纯活性炭吸附有相似之处;但是它又是良导体,当活性炭粒 与主 电极 直接或 间接电联接时,它就成为主电极的外延 部分,成为单极性粒子群鬼极从 而有效地增大了电

18、极 的表面积;当我们在活性炭粒中加入绝缘性粒子使炭粒互相隔离不 与主 电极直接或 间接电联 接时,则它就会被 静电感 应而使炭粒两侧呈现正负两极,成为复极性粒 子群电极而工 作,如图7所示。这样,每个复极性粒子本身就成了一个微 型电解槽,它有效地缩短了两极之间的距离,减少 了反应物的迁移路咎增大了两极伺 的电位梯度,加大了溶液 中带电粒 子 的迁移速度,从而有利于在浓度较抵与电导较小钓络液 中也能发生 较高 的 电解作用。当然,作为微型电解槽 的活性炭拉上 的电压应不舞于反应 物需要的分解电压。我们在实验中明显地看到复极性粒子群电极的工作具有高曳压低电流的特点。与亏哑j笙接或间接电接触活性炭成

19、!刹极状被绝缘物附离活性炭拉呈复极状砍十、十士隔离物电极图7活性炭在电场中的状态活性 炭的结 构形貌也不完全相同,我们认为 由于它表 面凹凸不平,在 其棱角等尖端部位的电荷密 度较大,可以产生局部性高电位,形成很多活性点,因而有 时在较低 的外 电压下也能发生反应。这 里是否还有催化作用 的存在,还有待进 一步考察研究。综上所 述,由于活性炭作为复极性粒子群电极而起作用。同时,再加上 其它一些因素的协同作用使脱 色反应器具 有高效、低耗 的特点。在处理印染废水 的时候,染料分子 的生色基团与助色基团组 成的共扼体系,由于在 电极上氧化或还原被破坏,从而达到了脱色 的目的,参见图2一6,这过 程

20、实际上还进 行着对活性炭吸附能力的再生。有些染料在溶液 中呈胶体,当它们通过粒 子群电极时被强制 电气 中和而使胶粒发生凝聚沉淀,进而被截留在充填层中,如 长 期沉积会影响粒子群 电极的效能,此 时用水反冲洗将它们冲出反应器外,问 题即可解决。4期印染废水脱色新方法的研究结论,奸终麒色反畸法对各种水。性染料废噢衬娜h a 妞力,即使对具有高色度的染料溶液(10 。一4 00 Ppm)也可进行深度脱色,脱色率达”%以上,使出水近于 无色透 明,对 废水中的C呱,冲的5的专除率均能达“ ”%以上。因此,此法不仅脱色率高,而且具有较强的综 合处理能力。2.脱色反应器 的主要工作机理在于粒子群电极的复

21、极性与活性炭的吸附富集、电性能、催化等优良性质的协同作用。它除了具有脱色效 率高、能耗低、使用寿命长以及易再生的特点。兼具活性炭吸附法 与 电解法 的 优点,又是对传统龟解法的一种改革。3.脱色反应器 结构简单,占地面积小,有利于生产上使用。本课题为中国科学院科学资金资助的课题。今考文献1拢 野重道,水处理技术(日),18(11),55、(19牙7).2西部盛一,电气化学己工业物理化学,(日),45(4),2 67(一蛇。).3上海纺织科学研究院 编译,印染工业废水处理,p17 7,轻工业 出版壮.4AmeriealDyestuffRePorts,5,z。 了 s。(5孙慧修,郭可志,汤年发,重 庆 建筑 工程学 院学报,7 4,198 2年建校3 2周年特刊6Smi s吐,M.(捷克),活性炭,新华化工 厂译,1 , 81年7(日)特许公报,昭5 4一26650.s(日)公阴特许公报,昭55“61盯4.1984年3月21日收到.