印染废水的处理研究

印染废水的处理研究

    印染废水中往往含有大量的有机物和较深的颜色。高浓度有机物将消耗水体的的溶解氧，废水的色度阻碍了光向水体的传递，从而破坏了水生生物的生存环境。处理印染废水的难度较大，用传统的物理化学处理方法难以达到良好的效果。目前，采用稀土催化双氧水氧化耦合处理印染废水的技术已经成熟[1-2]，而臭氧作为一种强氧化剂，与紫外线、金属离子等联用的技术在水处理中也屡见不鲜[3-4]，但还未见有用稀土催化臭氧处理印染废水的报道，臭氧具有可就地生产使用、原料易得、使用方便、不产生二次污染的优点。稀土/臭氧联用技术的协同作用，往往比单独使用臭氧效果更好。该法在去除COD方面效果显著，是一条经济、可行的技术路线；也为稀土在工业废水处理方面的应用开辟了新途径。
    1·实验部分
    1.1模拟废水
    经过大量实验表明：由于实际印染废水的成分较为复杂，造成反应过程中的中间产物及其形态难以确定，不利于反应机理的研究，故而采用成分单一的模拟印染废水即亚甲基蓝溶液替代实际印染废水。模拟废水亚甲基蓝溶液，浓度：200 mg/L，COD：274.176 mg/L。
    1.2实验仪器
    臭氧发生器、pH计、电子天平、恒温水浴锅。
    1.3实验试剂
    混合稀土的配置用等份量的分析纯稀土氧化镧、氧化铽，加少量6 mol/L HCl溶解，配置成含固量为1000 mg/L的稀土溶液，备用。
    1.4实验方法
    本课题采用自制的玻璃反应器，如图1。各装置间连接采用的是硅橡胶管，由于反应使用的臭氧量较少，对空气的污染较小，所以尾气采取的是排放至室外的处理办法。试验量取体积为1 L的处理原水(模拟废水亚甲基蓝溶液，浓度为200 mg/L)进行反应，反应前加入配置好的稀土溶液，利用pH笔式酸度计控制进水的pH，电热恒温水浴锅调节反应温度。反应器在每次试验前均用蒸馏水进行反复冲洗，以去除粘附于反应器壁上的污染物。实验时采用氧气作为原料，通过臭氧发生器制备臭氧气体，通过调节臭氧浓度输出和流量计定臭氧输入量。所加入稀土的浓度为1000 mg/L的标准溶液，根据需要吸取加入原水中。反应一定时间取样50 mL。取得水样后，根据重铬酸钾法测量水样的COD，以观察处理效果。
            
    2·结果与讨论
    2.1温度对COD去除率的影响
    温度是COD去除率主要影响因素之一，反应条件为次甲基蓝1 L，稀土投加量10 mL，时间15 min，pH 5.00，结果如表1。

    从表1可以看出随温度的改变，COD的去除率随之改变，开始随着温度的升高，COD的去除率明显的提高，60℃时达到最大；随后COD的去除率又随温度的升高而减小。说明在稀土的诱导下，在反应体系的温度较低时，稀土就可以促使染料中间体之间产生作用生成蓝色聚集体而从水相中沉淀出来，这一点可以从蓝色反应产物的大量析出得到证实。然后随着温度的升高，会使形成的聚集体沉淀物又发生分解，变成易溶解水的小分子有机物，因而，反应体系的COD又开始增加。这也说明利用稀土诱导臭氧氧化耦合处理活性染料废水的显著节能优点。
    2.2时间对COD去除率的影响
    通臭氧时间是影响反应体系COD去除率的又一重要因素，通臭氧时间决定着通入臭氧量的多少。反应条件为次甲基蓝1 L，稀土投加量10 mL，温度20℃，pH 5.00，结果如表2。

    从表2可以看出，随着通臭氧时间的延长，与臭氧发生反应的量也随之增大，发生的氧化反应也在逐渐增多，因而废水COD逐渐降低，COD去除率在不断提高。
    2.3稀土投加量对COD去除率的影响 
    反应条件为次甲基蓝1 L，时间15 min，温度20℃，pH5.00，结果如表3。

    表3可以看出稀土的不断加入，COD的去除率不断提高，但加入量25 mL以后，COD的去除效果不是很显著，因此，稀土的最佳投加量为25 mL。相关机理尚在研究当中。
    2.4 pH对COD去除率的影响
    反应条件为次甲基蓝1 L，稀土投加量10 mL，时间15min，温度20℃，结果如表4。
 
    由表4可知，随着pH的升高，COD的去除率下降。当pH在为2的时候，处理效果最好。臭氧在酸性介质中除了产生一系列自由基，同时还有部分分解产生原子氧和氧气，直接与污染物反应，提高了氧化处理效果。
            
    3·正交试验
    3.1正交试验
    结合稀土催化臭氧氧化印染废水的实验，确定影响COD的去除率的因素主要有四个：反应时间、反应的初始pH、反应的稀土投加量、反应的温度。同时，确定了各个因素的三个水平，如下所示，据此进行正交试验，选用正交表L9(34)，共进行9次试验。
    因素A反应时间：10 min，30 min，60 min；因素B反应的初始pH：2，5，8；因素C反应的稀土投加量：5 mL，15 mL，25 mL；因素D反应的温度：20℃，40℃，60℃。
    3.2正交试验的结果分析
    正交试验的结果如表5。
    由表5可以看出，各因素的水平可作如下选择：反应时间：选A3，60 min；z反应的初始pH：选B1，2；反应的稀土投加量：选C3，25 mL；反应的温度：选D3，60℃当反应的时间，初始pH，稀土投加量，温度分别是60 min，2，25 mL，60℃时，COD的去除率最好。
    4·结论
    (1)实验结果表明，稀土臭氧法处理印染废水时，臭氧的处理效果受稀土的投加量，反应时间、反应温度、反应的初始pH的影响。
    (2)酸性条件的处理效果好于碱性条件，臭氧在酸性条件下部分分解成原子氧和氧气，并以氧分子的形式与水中的有机物直接反应；另一部分分解成氧化性很强的羟基自由基等中间产物，发生间接氧化反应。
    (3)反应温度具有两面性，在低于60℃时，体系发生的反应以耦合为主；当超过60℃时，又以催化氧化为主。因此，在实际的应用过程中，一定要严格控制反应温度。
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