因此, 蒽醌类染料的污染已成为值得人们关注的环境问题, 如何提高COD 去除率和提高可生化性是染料废水亟待解决的难题。电催化氧化分解有机物彻底, 不易产生毒害中间产物[5 ] , 在反应中不必添加额外化学试剂[6 ] , 设备体积小占地少, 便于自动控制, 不产生二次污染。因此, 采用电催化氧化法处理难降解有机废水被广泛看好。笔者采用RuO2
-Ti 板作为阳极, 研究了酸性蒽醌蓝模拟染料废水的最佳电催化氧化条件以及电催化氧化+ 生化联合处理酸性蒽醌蓝模拟废水的可能性。
1 试验准备
1、1 试验材料与装置
1) 主要试剂 酸性蒽醌蓝, 工业级; 重铬酸钾、邻苯二甲酸氢钾、甲基橙、硫酸亚铁铵、硫酸银、硫酸、NaCl 、氢氧化钠、次氯酸钠、硫酸钠等, 均为分析纯。
2) 试验装置 采用无隔膜式有机玻璃二维电解槽, 阳极为RuO2-Ti 板, 阴极为钢板, 电极有效面积143cm2 , 极间距为3cm。用胶管泵对电解槽内废水进行循环, 起到一定的搅拌作用。在电解槽中投加NaCl 以提高溶液的导电性并可产生活性氯起到氧化作用。
1、2 分析项目及其测定方法
COD 用重铬酸钾法测定; p H 值用p HS-25 型p H 计测定; 悬浮固体浓度ML SS 用重量法测定; 色度采用稀释倍数法测定; 吸光度采用752 分光光度计在415nm 处测定。
1、3 主要研究方法
试验中采用酸性蒽醌蓝配制模拟废水, 模拟废水初始浓度为1000mg/ L , 色度约为800000 倍, COD为1988mg/ L 。工艺条件研究主要考察p H 值、槽电压、电解时间、电流密度、电解质等因素对COD 去除率和脱色率的影响。厌氧生物处理采用模拟UASB 反应器, 好氧生物处理采用活性污泥法。
2 试验与结果讨论
2、1 pH值对电催化氧化效果的影响
该试验调节模拟废水的初始p H 值分别为2 , 4 , 6 , 8 , 10 , 12 , 电压为10V。开始电解时, 电解槽中的泡沫在阳极端呈黄色, 阴极端呈染料本身的颜色蓝色; 随着电解的进行, 溶液颜色逐渐变浅, 最后褪至浅黄色。不同初始p H 值对电催化氧化的影响如图1～3 所示。
从图1 和图2 中可以看出, 随着p H 值的逐渐升高, 模拟废水在电解80min 时的COD 去除率和脱色率基本上保持不变, 在30min 时COD 去除率和脱色率都呈下降趋势, 这说明电催化氧化初期p H 值对电解反应的速度有较大影响; 但当电解时间为80min 时, 由于绝大部分酸性蒽醌蓝的结构已经被破坏, 此时脱色率接近100 %, 生成电催化氧化对p H 值不敏感的物质, 通电时间较长时p H 值对模拟废水的COD 去除率结果影响不大。从图3 中可看出, 在p H 值为4 时能量效率最高, 可见p H 值只影响电解反应的速度, 但对最终的结果不会有太大影响。在p H 值为4 的情况下, 能量效率最高。综合考虑, 最终选择初始p H 值为4 为最佳条件。
中国是生产染料的大国, 染料产量位居世界第一, 全国印染废水排放量约为3 ×10的6次方 ～4 ×10的6次方m3 / d[1 ] 。蒽醌类染料含有蒽醌或多环酮结构, 其色泽艳丽、固色率高, 为目前发展最快的一种染料, 其产用量仅次于偶氮染料[2 ] 。目前对该类染料的环境行为研究较少, 但已经发现一些蒽醌染料具有致癌和致突变作用。由于蒽醌类染料母体蒽醌两边的苯环同时受2 个羰基影响, 其结构稳定, BOD5 ( 生物需氧量) / COD (化学需氧量) < 0、1 , 不易生物降解[ 3 ] ; 部分该类染料表现出较强的毒性作用, 如蒽醌染料SBB 对月牙藻属藻类的生长抑制毒性EC50 为214mg/ L[4 ] 。
因此, 蒽醌类染料的污染已成为值得人们关注的环境问题, 如何提高COD 去除率和提高可生化性是染料废水亟待解决的难题。电催化氧化分解有机物彻底, 不易产生毒害中间产物[5 ] , 在反应中不必添加额外化学试剂[6 ] , 设备体积小占地少, 便于自动控制, 不产生二次污染。因此, 采用电催化氧化法处理难降解有机废水被广泛看好。笔者采用RuO2
-Ti 板作为阳极, 研究了酸性蒽醌蓝模拟染料废水的最佳电催化氧化条件以及电催化氧化+ 生化联合处理酸性蒽醌蓝模拟废水的可能性。
1 试验准备
1、1 试验材料与装置
1) 主要试剂 酸性蒽醌蓝, 工业级; 重铬酸钾、邻苯二甲酸氢钾、甲基橙、硫酸亚铁铵、硫酸银、硫酸、NaCl 、氢氧化钠、次氯酸钠、硫酸钠等, 均为分析纯。
2) 试验装置 采用无隔膜式有机玻璃二维电解槽, 阳极为RuO2-Ti 板, 阴极为钢板, 电极有效面积143cm2 , 极间距为3cm。用胶管泵对电解槽内废水进行循环, 起到一定的搅拌作用。在电解槽中投加NaCl 以提高溶液的导电性并可产生活性氯起到氧化作用。
1、2 分析项目及其测定方法
COD 用重铬酸钾法测定; p H 值用p HS-25 型p H 计测定; 悬浮固体浓度ML SS 用重量法测定; 色度采用稀释倍数法测定; 吸光度采用752 分光光度计在415nm 处测定。
1、3 主要研究方法
试验中采用酸性蒽醌蓝配制模拟废水, 模拟废水初始浓度为1000mg/ L , 色度约为800000 倍, COD为1988mg/ L 。工艺条件研究主要考察p H 值、槽电压、电解时间、电流密度、电解质等因素对COD 去除率和脱色率的影响。厌氧生物处理采用模拟UASB 反应器, 好氧生物处理采用活性污泥法。
2 试验与结果讨论
2、1 pH值对电催化氧化效果的影响
该试验调节模拟废水的初始p H 值分别为2 , 4 , 6 , 8 , 10 , 12 , 电压为10V。开始电解时, 电解槽中的泡沫在阳极端呈黄色, 阴极端呈染料本身的颜色蓝色; 随着电解的进行, 溶液颜色逐渐变浅, 最后褪至浅黄色。不同初始p H 值对电催化氧化的影响如图1～3 所示。
从图1 和图2 中可以看出, 随着p H 值的逐渐升高, 模拟废水在电解80min 时的COD 去除率和脱色率基本上保持不变, 在30min 时COD 去除率和脱色率都呈下降趋势, 这说明电催化氧化初期p H 值对电解反应的速度有较大影响; 但当电解时间为80min 时, 由于绝大部分酸性蒽醌蓝的结构已经被破坏, 此时脱色率接近100 %, 生成电催化氧化对p H 值不敏感的物质, 通电时间较长时p H 值对模拟废水的COD 去除率结果影响不大。从图3 中可看出, 在p H 值为4 时能量效率最高, 可见p H 值只影响电解反应的速度, 但对最终的结果不会有太大影响。在p H 值为4 的情况下, 能量效率最高。综合考虑, 最终选择初始p H 值为4 为最佳条件。
2、 2 槽电压对电催化氧化效果的影响
在能耗同为36180J 的情况下, 不同槽电压的电解结果见表1 。
由表1 可知, 随着电压的降低, COD 去除率、脱色率、能量效率和电流效率都有明显的提高。电压为15V 和20V 时, 分别经过10、7min 和4、7min 的电解后, 水样的颜色依然较深, 但是将处理后的水样放置30min 后水样褪色为浅黄色。电压在10V 左右COD 去除率相对较大, 电解所需时间较短。而在低电压、小电流的情况下电催化氧化的效果更好, 但是考虑到在低电压的时候需要更长的电解时间, 所以选取10V 为最佳槽电压。
2、3 电解质浓度对电催化氧化效果的影响
用Na2 SO4 作为电解质时整个电解槽面呈现相同颜色的气泡, COD 去除率与NaCl 差不多, 但是脱色率比较低, 因此选用NaCl 作为电解质, 测其在不同浓度时去除情况。图4 、5 分别为模拟染料废水在10V 电压、p H 值等于4 的条件下的COD 去除率和电流效率。从图4 可知, 随着NaCl 浓度的升高,COD 去除率是逐渐升高的, 80min 时去除率在70 %左右, 30min 时去除率在50 % 左右。由图5 知,NaCl 浓度在2g/ L 时电流效率最高, 在此条件下电解质为NaCl 时废水的脱色率接近100 %。
随着NaCl 量的增加, 电解槽中产生的泡沫明显增多, 同时废水颜色褪为浅黄色的时间也明显缩短。电解质NaCl 的最佳浓度为2g/ L 。
3 结 论
通过试验, 确定了一种提高染料废水生物降解性的有效方法。用电催化氧化方法来提高废水生物降解性, 预处理后废水的生化性大为提高。
1) p H 值只会影响到电解反应的速度, 但对最终的结果不会有太大影响。
2) 随着电压的降低, COD 去除率、能量效率和电流效率都有明显的提高, 但在消耗相同电能时,10V 槽电压时脱色效果和电解时间都比较理想; 在低电压、小电流的情况下电解的效果更好, 但考虑到小电压需要增加电解时间, 所以确定电解的最佳槽电压值为10V。
3) 作为电解质, NaCl 的效果比Na2 SO4 好, 随着投加的NaCl 量的增加, 模拟废水的COD 去除率逐渐提高, 投加的NaCl 浓度为2g/ L 时, 电流效率最高。
4) 选择槽电压10V、初始p H 值4 、NaCl 浓度2、0g/ L 作为试验的最佳条件, 电解50min 后, COD去除率可达到53、6 %, 脱色率可达到87、9 %。
[参考文献]
[ 1 ] 马文骑, 杨柳燕1 环境微生物工程[M] 1 南京: 南京大学出版社, 19981
[ 2 ] 李家珍1 染料、染色工业废水处理[M] 1 北京: 化学工业出版社, 1997171～751
[ 3 ] 于秀娟, 王辉, 闫鹤等1 电化学氧化对罗丹明B 脱色的研究[J ] 1 重庆环境科学, 2003 , 25 (9) : 42～441
[ 4 ] 余颖, 庄源益, 辛宝平等1 脱色剂与活性染料的分子间相互作用[J ] 1 南开大学学报(自然科学版) , 1999 , 32 (3) : 140～1451
[5 ] Rajeshwar K , Ibanez J G1 Environmental elect rochemist ry : Fundamentals and applications in pollution abatement [M] 1 San Diego :Academic Press , Inc , CA , 19971
[ 6 ] Vlyssides A G, Loizidou M , Karlid P K, et al1 Elect rochemical oxidation of a textile dye wastewater using a Pt/ Ti elect rode [J ] 1Jour2nal of Hazardous Materials , 1999 , (B70) : 411
