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        鐵炭微電解處理染料廢水試驗(yàn)研究

        2015-05-30 01:31:29王曉晶王志豪王左棟
        環(huán)球市場信息導(dǎo)報 2015年12期
        關(guān)鍵詞:效果

        王曉晶 王志豪 王左棟

        實(shí)驗(yàn)自制了鐵炭微電解填料,并用于處理染料廢水。試驗(yàn)結(jié)果表明,該填料對染料廢水脫色效果明顯,在填料投加量為40g/L、pH為4、反應(yīng)時間為2.5小時的條件下,鐵炭微電解對染料去除率達(dá)到88.9%

        我國是世界上染料的生產(chǎn)和出口大國,因此染料廢水成為重要的環(huán)境污染源之一,對染料廢水的處理研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。染料廢水一般具有有機(jī)物濃度高、色度高、成分復(fù)雜、無機(jī)鹽含量大、脫色困難等特點(diǎn),是一種典型的難降解有機(jī)廢水[1,2],如果未經(jīng)處理直接排放,將對周圍水體造成嚴(yán)重污染,影響人們的正常工作生活。

        鐵炭微電解技術(shù)是利用鐵和炭形成微電池,通過電化學(xué)腐蝕、氧化還原、物理吸附、絮凝沉淀等過程實(shí)現(xiàn)污染物去除。目前,鐵炭微電解技術(shù)已廣泛應(yīng)用于染料脫色、印染、化工等難降解有機(jī)廢水中。

        本實(shí)驗(yàn)采用鐵炭微電解和Fenton試劑氧化技術(shù)對酸性嫩黃染料廢水進(jìn)行處理,以考察二者對染料的脫色效果。

        1 材料與方法

        1.1 鐵炭微電解填料的制備

        將還原性鐵粉、粉末活性炭、粒徑小于100目的粘土作為原料,按照質(zhì)量百分比鐵粉:活性炭:粘土=70%:15%:15%量取,加入適量的水充分?jǐn)嚢杌靹?,制?mm-10mm的顆粒狀填料。將填料放入烘箱,于30~500C烘干,然后將干燥的填料移入管式爐,在隔絕氧并通入N2的情況下,于8000C下焙燒2小時。待焙燒結(jié)束、冷卻后,制得定型的鐵炭微電解填料。制得的填料具有良好的比表面積,能夠有效防止填料表面鈍化及填料的板結(jié)。

        1.2 模擬染料廢水的配制

        準(zhǔn)確稱取0.1g酸性嫩黃染料,用蒸餾水溶解后移入容量瓶,定容至1000mL,配制成濃度為300mg/L的模擬染料廢水。

        1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

        鐵炭微電解實(shí)驗(yàn)步驟[3]:取100mL酸性嫩黃模擬染料廢水放入250mL的錐形瓶中,調(diào)節(jié)一定的pH后,再分別加入一定的鐵炭填料,在室溫下于電熱恒溫振蕩水槽中反應(yīng)一定的時間,測定上清液的染料濃度。

        1.4 分析方法

        ①染料濃度的測定

        分別配制濃度為20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L的酸性嫩黃染料在420nm處分別測定其吸光度,繪制染料濃度與吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線,水樣中染料濃度的測定通過測定吸光度后計算確定。

        ②pH

        pH由pH計測定。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 反應(yīng)時間對鐵炭微電解處理效果的影響

        在常溫、pH為7、填料投加量為1g的條件下,分別取100mL模擬染料廢水加入7個250mL錐形瓶中,放入電熱恒溫振蕩水槽中振蕩,每隔30min時測定處理后水樣中的染料,并計算去除率,結(jié)果如圖1所示。

        由圖1可見,反應(yīng)開始階段隨著反應(yīng)時間的推移,染料的去除率也在上升。在150分鐘時染料的去除率達(dá)到19.4%,但是此后再增加微電解處理時間,染料的去除率增加不大。脫色率升高有兩部分原因促成[3, 4],主要是反應(yīng)剛開始時活性炭對染料的吸附作用導(dǎo)致染料降低,脫色率增高;另外,隨著反應(yīng)時間的延長,鐵的腐蝕速度也在減緩,易降解物質(zhì)基本反應(yīng)完全,難降解物質(zhì)反應(yīng)在此條件下很難被破壞。微電解作用破壞了一部分染料的偶氮發(fā)色基團(tuán),使得染料下降的同時破壞了染料較為穩(wěn)定的共軛結(jié)構(gòu),染料的大分子結(jié)構(gòu)被分解為小分子結(jié)構(gòu)[5],本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)處理2.5小時后,脫色率變緩,選擇反應(yīng)時間為2.5小時。

        2.2 填料投加量對鐵炭微電解處理效果的影響

        在常溫、pH為7、反應(yīng)時間為2.5小時的條件下,分別取100mL模擬染料廢水加入7個250mL的錐形瓶中,分別加入0.5g、1g、2g、3g、4g、5g、6g填料,測定反應(yīng)結(jié)束時的吸光度,結(jié)果如圖2所示。

        由圖2可知,隨著填料投加量的增加,染料的去除率也逐漸增大。當(dāng)填料投加量達(dá)到4g時,染料去除率達(dá)到49.78%,但是此后再增加微電解填料投加量,染料的去除率增加便不明顯。理論上來說,隨著鐵炭微電解填料投加量的增大,形成的鐵炭微電極數(shù)量就會增加內(nèi)電解作用加劇,溶液中的Fe3+所產(chǎn)生的混凝作用也隨之加劇,這兩者的聯(lián)合作用使得一開始脫色率逐漸增大[6],而后再加入的填料對整個微電解反應(yīng)的促進(jìn)作用就不會太明顯。綜合考慮,選擇最佳填料投加量為4g。

        2.3 pH值對鐵炭微電解處理效果的影響

        在常溫、反應(yīng)時間為2.5小時、填料投加量為4g的條件下,分別取100mL模擬染料廢水加入7個250mL的錐形瓶中,改變原液的pH值,使之分別為1、2、3、4、5、6、7,時間結(jié)束時測定處理后水樣中的染料濃度并計算去除率,結(jié)果如圖3所示。

        由圖3可知,廢水pH值對鐵炭微電解的處理效果影響較大,反應(yīng)在酸性條件下效果較好,在接近中性條件下對染料的去除率降低。在pH為4時處理效果最為理想,脫色率達(dá)到88.9%。pH值太低,耗酸量增加,同時對鐵炭微電解填料的耗用和腐蝕也增加。pH值低于4或高于4處理效果會變差。從理論上分析可以發(fā)現(xiàn)在酸性條件下,填料中鐵粉的腐蝕加快,由電極反應(yīng)生成具有很強(qiáng)活性的新生態(tài)[H] [7,8],可以破壞一些發(fā)色基團(tuán)或者是助色基團(tuán)的結(jié)構(gòu),使廢水的色度降低;與此同時反應(yīng)生成的Fe2+在出水時pH呈中性或是堿性且有氧存在的條件下,可以形成Fe(OH)2直至Fe(OH)3 ,這樣生成的絮狀沉淀,通過吸附和絮凝作用,將廢水中的污染物去除。但酸性過強(qiáng),會使處理后的水中含有大量的Fe2+和Fe3+,使得出水水樣的色度加深,對脫色效果造成了一定的影響。同時溶液中多余的H+還會破壞已經(jīng)形成的絮凝體,使得處理效果變差,綜合考慮,鐵炭微電解最佳的反應(yīng)pH為4。

        2.4 填料各功能單元對染料去除比例分析

        為考察填料中活性炭、粘土、鐵粉等各成分對染料去除率的影響所占的比重,我們在pH為4、反應(yīng)時間為2.5小時的最佳反應(yīng)條件下,加入同樣比例的活性炭和粘土來驗(yàn)證其對染料的脫色效果。分別取0.6g活性炭和粘土加入100mL的原液中,調(diào)節(jié)pH至4,然后將錐形瓶放入電熱恒溫振蕩水槽中反應(yīng)2.5小時,測定其染料濃度,其染料去除率為18.1%。填料各功能對染料的去除效率分布如圖4所示。

        由圖4可見,在總的88.9%的染料去除率中,粘土和活性炭的去除效果僅占到20%,而剩下80%比例的染料是通過微電解去除,說明制備的填料充分發(fā)揮了微電解的作用。

        3 結(jié)論

        (1)自制鐵炭微電解填料處理酸性嫩黃模擬染料廢水,最優(yōu)工藝參數(shù)為填料投加量40g/L、pH值為4、反應(yīng)時間為2.5小時。經(jīng)過處理,染料去除率達(dá)到88.9%。

        (2)在染料的去除中,鐵炭微電解各功能單元對染料的去除分布為:炭與粘土占20%,而微電解作用,去除的燃料占80%。

        (作者單位:煙臺市環(huán)境監(jiān)測中心站)

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