偶氮染料废水化学性质稳定、成分复杂、色度高,较难处理,且处理费用高[1]。国内外学者对偶氮染料废水的处理方法进行了大量的研究[2,3],主要有吸附法、絮凝沉淀法、化学氧化法、电解法、生物法及这些方法的组合。
本工作采用内电解法,用废弃的铸铁铁屑处理偶氮染料废水(简称废水)。研究了铸铁铁屑加入量、酸性反应pH、硷性反应pH、硷性反应时间等因素对废水脱色率的影响。通过正交实验找出废水处理的最佳操作条件。
1 实验部分
1.1 废水水质
某染料厂偶氮染料废水,pH为7.01,色度为0.19(380nm处分光光度计读数)。
1.2 材料、试剂和设备
铸铁铁屑取自武汉理工大学校办机械厂机床加工废弃物,取18目筛下物。重铬酸钾、硫酸亚铁铵、HCl、NaOH:分析纯。配制0.250mol/L重铬酸钾溶液和0.10mol/L硫酸亚铁铵标准溶液备用。
800型电动离心机:江苏龙岗医疗器械厂;721型分光光度计:上海第三分析仪器厂;UV-2102PC型紫外-可见分光光度计:美国UNICO公司;ORZ0N818型精密pH计:美国奥立龙公司;BP210S型电子天平:德国赛多利斯公司。
1.3 实验方法
称取定量铸铁铁屑,置于100mL烧杯中,用一定量0.1mol/L的HCl溶液浸泡,用玻璃棒搅拌清洗30min,然后用大量蒸馏水清洗。分别取50mL废水置于各烧杯中。并将清洗后的铸铁铁屑按编号放入不同烧杯中,用玻璃棒搅拌10min,使铸铁铁屑与废水充分接触。用HCl溶液调废水pH至实验所需值,充分搅拌约30min。用NaOH溶液调废水pH至实验所需值。在电动离心机上以2000r/min的转速离心分离一定时间,取上层清液用分光光度计在最大可见吸收波长(380nm)处测定吸光度,计算废水的脱色率[2]。
偶氮染料废水化学性质稳定、成分复杂、色度高,较难处理,且处理费用高[1]。国内外学者对偶氮染料废水的处理方法进行了大量的研究[2,3],主要有吸附法、絮凝沉淀法、化学氧化法、电解法、生物法及这些方法的组合。
本工作采用内电解法,用废弃的铸铁铁屑处理偶氮染料废水(简称废水)。研究了铸铁铁屑加入量、酸性反应pH、硷性反应pH、硷性反应时间等因素对废水脱色率的影响。通过正交实验找出废水处理的最佳操作条件。
1 实验部分
1.1 废水水质
某染料厂偶氮染料废水,pH为7.01,色度为0.19(380nm处分光光度计读数)。
1.2 材料、试剂和设备
铸铁铁屑取自武汉理工大学校办机械厂机床加工废弃物,取18目筛下物。重铬酸钾、硫酸亚铁铵、HCl、NaOH:分析纯。配制0.250mol/L重铬酸钾溶液和0.10mol/L硫酸亚铁铵标准溶液备用。
800型电动离心机:江苏龙岗医疗器械厂;721型分光光度计:上海第三分析仪器厂;UV-2102PC型紫外-可见分光光度计:美国UNICO公司;ORZ0N818型精密pH计:美国奥立龙公司;BP210S型电子天平:德国赛多利斯公司。
1.3 实验方法
称取定量铸铁铁屑,置于100mL烧杯中,用一定量0.1mol/L的HCl溶液浸泡,用玻璃棒搅拌清洗30min,然后用大量蒸馏水清洗。分别取50mL废水置于各烧杯中。并将清洗后的铸铁铁屑按编号放入不同烧杯中,用玻璃棒搅拌10min,使铸铁铁屑与废水充分接触。用HCl溶液调废水pH至实验所需值,充分搅拌约30min。用NaOH溶液调废水pH至实验所需值。在电动离心机上以2000r/min的转速离心分离一定时间,取上层清液用分光光度计在最大可见吸收波长(380nm)处测定吸光度,计算废水的脱色率[2]。
2 结果与讨论
2.1 正交实验结果
根据内电解法的机理[4]:Fe2+的产生及溶液中发色基团的破坏需在酸性条件进行,而废水中原有悬浮物及通过内电解产生的不溶物的吸附凝聚需在硷性条件下进行,故反应需分别调节酸性反应条件和硷性反应条件的pH。
由文献[5]可知,影响废水色度去除的主要因素有:铸铁铁屑加入量和硷性反应时间。根据前期静态单因子实验已初步确定了废水处理的操作条件,为进一步确定最佳处理条件,选用L9(34)正交表考察铸铁铁屑加入量、酸性反应pH、硷性反应pH、硷性反应时间对废水处理效果的影响。正交实验因素水平如表1所示,实验结果见表2。
从正交实验结果的极差分析中可见,所选定的影响因素中,铸铁铁屑加入量对废水脱色率的影响最大,其次是酸性反应pH,再次是硷性反应pH,最后是硷性反应时间。由表2的极差分析部分确定最佳处理工艺条件为:铸铁铁屑加入量10g,酸性反应pH4.0,硷性反应pH7.0,硷性反应时间10min。实验测得此条件下对废水的脱色率为98.89%。
2.2 紫外-可见吸收光谱分析
原始废水的紫外-可见吸收光谱见图1。由图1可见,在316,558nm处有两个特征峰,分别是 环结构和偶氮键的特征峰。
在正交实验8#条件下处理后废水的紫外-可见吸收光谱见图2。由图2可见,脱色处理后的废水在可见区的特征峰基本消失,而在250nm处出现了一个新的吸收峰,由于染料初始浓度较高,该波长附近的吸收峰较大,说明偶氮结构被还原后生成了一种新的结构,该结构可能为氢化偶氮。图2中310nm处的特征峰还存在,但峰值有所降低,说明还原处理时循环结构的破坏不明显.
2.3 铸铁铁屑回用次数对废水脱色率的影响
取50mL废水,分别加入不同回用次数的铸铁铁屑,在铸铁铁屑加入量为10g、酸性反应pH为2.0的条件下,用六联搅拌器以150r/min搅拌反应10min,将反应后的废水pH调至7.0,反应10min后,取上层清液测定吸光度。铸铁铁屑回用次数对废水脱色率的影响见表3。由表3可见,铸铁铁屑回用1次的废水脱色率与回用4次的废水脱色率有一定的差别,但不显着。这是因为,在反应初期,即使表面覆盖了氧化物而被部分钝化的铸铁铁屑仍有足够的铁来参与氧化还原反应而使废水脱色,但铸铁铁屑量有一定的损失。多次重复使用后,部分没有被钝化的铸铁铁屑表面不断溶出Fe2+,持续产生水解产物并覆盖在铸铁铁屑表面,使铸铁铁屑层参与反应的有效面积显着减少,废水脱色率下降。
由表3和表4可见,铸铁铁屑使用6次后对废水的脱色率明显下降,将使用6次后的铸铁铁屑活化,活化后铸铁铁屑对废水的脱色率由86.80%提高至93.83%,活化后的铸铁铁屑很难恢复到反应初期的水平。
3 结论
a)采用内电解法处理含偶氮染料废水。正交实验结果可见,所选定的影响因素中,铸铁铁屑加入量对废水脱色率的影响最大,其次是酸性反应pH,再次是硷性反应pH,最后是硷性反应时间。由此确定最佳工艺条件为:铸铁铁屑加入量10g,酸性反应pH2.0,硷性反应pH7.0,硷性反应时间10min,此时的脱色率达到98.89%。
铸铁铁屑使用具次后对废水的脱色率明显下降,将使用6次后的铸铁铁屑活化,活化后废水脱色率由86.80%提高至93.83%,活化后的铸铁铁屑很难恢复到反应初期的水平。
参考文献
1 李庄,曾光明.偶氮染料废水处理研究现状及其发展方向.湖南化工, 2000 ,30(6):12～15
2 杨蕴哲,杨卫身,杨凤林等.电化学法处理高含盐活性染料废水的研究.化工环保,2005,25(3):178～181
3 芦国营,张朝晖,周晓云.生物吸附在染料废水处理中的应用研究.化工环保,2005,25(6):446～450
4 王永广,杨剑峰.微电解技术在工业废水处理中的研究和应用.环境污染治理技术与设备,2002,3(4):69～72
5 张庆芳,王有乐.内电解法脱色的最佳工艺条件确定.兰州理工大学学报 ,2004,30(2):75～77
6 张亚静,应金英,陈晓峰.铁炭内电解法处理印染废水.环境污染与防治 ,2000,22(5):33～36
