复合催化电解法处理染料工业废水

1、中国环境科学1998,18(6:557560China Environmental Science 复合催化电解法处理染料工业废水杨柳燕许翔朱水元马文漪(污染控制与资源化国家重点实验室,南京大学环境科学与工程系,南京210093文摘采用复合催化电解法对染料工业废水的处理进行了研究,并获得相应的工艺参数。试验结果表明,复合催化电解法能有效地处理染料工业废水,在电解电压10V、电流0.1A、电解时间1.5h的条件下,催化电解能使废水COD Cr去除率达到87.5% 90%,脱色率达99%100%。复合催化电解法具有操作简便、能耗较低等特点,是处理染料工业废水的一条新途径。关键词复合催化剂电解染料工

2、业废水T reatment of dyestuffs w aste w ater by electrolysis method of complex catalysis.Y ang Liuyan,Xu X iang,Zhu Shuiyuan,Ma Wenyi.(State K ey Laboratory of P ollution C ontrol and Resource Reuse,Department of Environmental Sci2 ence and Engineering,Nanjing University,Nanjing210093.China Environmenta

3、l Science.1998,18(6:557560 AbstractT reatment of dyestuffs wastewater by electrolysis method of complex catalysis was researched,and the technologi2 cal parameters were g ot.The results show that it is practicable to treat dyestuffs wastewater by electrolysis method of complex catalysis.When the ele

4、ctrolysis v oltage was10V,electric current was0.1A and electrolysis time was1.5h,the rem oval rates of wastewater COD and chrominance were87.5%90%and99%100%respectively.The operation was easy. The energy consumed was low.It was a new method for treatment of dyestuffs wastewater.K ey w ords:complex c

5、atalystelectrolysisdyestuffs wastewater某染料化工厂是以生产阳离子和碱性染料为主的精细化工企业,产品主要为品绿、嫩黄、阳离子染料等7个品种。在生产过程中每年排放染料工业废水达20万t,它具有水质复杂多变、色度和污染物浓度高、处理难度大等特点。尽管目前已有用混凝、化学氧化、生物处理等方法进行染料工业废水治理的报道16。由于这些废水中含有阳离子染料和碱性染料,还有大量的无机盐,废水生物降解的实验表明,这些废水的可生化性不高,生物处理效果难以令人满意。因此,本文首次选择活性炭和氢氧化铁组成的复合催化剂,采用电解氧化的方法对染料工业废水处理进行了研究。1材料和方法

6、1.1试验废水的来源及水质试验用的废水为某染料化工厂的生产废水。水质参数COD为4500mg/L,pH值为6.5,色度为2000倍。1.2测试指标COD Cr:重铬酸钾法;色度:稀释倍数法; pH值:pHS21型pH计。1.3试验设备电解装置由电解槽、变压器和整流器组成。电解槽中以一根石墨棒为阳极,一根铁棒为阴极。8122型恒温磁力搅拌器,玻璃器皿。2实验结果经过絮凝沉淀预处理后的废水水质参数为: COD1200mg/L,pH值8.5,色度250倍。2.1不同电解条件对废水处理效果的影响2.1.1COD和色度与电解电压之间的关系在无催化剂的条件下,将50m L废水在5、10、15V电压下分别进

7、行电解,电解时间为1h,观察收稿日期:1998203209不同电压对废水COD 的影响。实验结果表明(图1,在10V 电压的条件下, 电解效果最好。图1不同电解电压对COD 和色度的影响Fig.1The influence of COD and chrominanceby different electrolysis v oltage2.1.2COD 和色度与电解时间的关系在电压10V 时进行电解试验,间隔0.5h 取一次样,了解不同的电解时间与废水COD 和色度之间的关系。试验结果(图2表明,电解时间只要超过1.5h , 就能达到较为满意的处理效果。图2不同电解时间对COD 和色度的影响Fi

8、g.2The influence of COD and chrominanceby different electrolysis time2.1.3C OD 和色度与Fe (OH 3投加量之间的关系在50m L 废水中分别投加0.07、0.14、0.21、0.28g 氢氧化铁,并保持pH 值在8.5,电压10V ,电解1.5h ,观察氢氧化铁的投加量与废水C OD 和色度之间的关系。实验结果(图3表明,当投加量为0.21g/50m L 时,处理效果最佳。2.1.4COD 和色度与搅拌时间的关系在电解电压10V 、时间1.5h 和氢氧化铁投加0.21g/50m L 的条件下,在每个10min 内

9、分别搅拌1、5和10min ,观察搅拌对电解法处理染料废水的影响。试验结果见图4,说明搅拌使电解处理废水的效果下降。通过以上实验得到的催化电解法的运行条件为pH 值8.5、电解电压10V 、电解时间1.5h 和氢氧化铁投加量0.21g/50m L 。图3氢氧化铁对COD 和色度的影响Fig.3The influence of COD and chrominanceby Fe (OH 3图4搅拌对COD 和色度的影响Fig.4The influence of COD and chrominance by stir2.2复合催化电解过程在50m L 废水中投加2g 活性炭(活性炭预先用废水搅拌浸泡

10、,并置换废水使之吸附饱和,在电解电压10V 、电流0.1A 时进行电解,间隔0.5h 取样分析其COD 。在同样的条件下向废水中加2g 活性炭和0.21g 氢氧化铁,再进行电解并取样分析,比较投加氢氧化铁与否对活性炭催化电解效果的影响。试验结果见图5,从两条曲线的对比说明,在活性炭电解槽中投加氢氧化铁后,电解效果提高,出水中COD 可达到国家污水综合排放标准(G B897821996中的二级标准,说明复合催化电解的效果优于单一催化电解的效果(表1。表1反映了在有无催化剂和不同催化剂条件下电解处理废水的结果,其电解条件为废水量50m L 、pH 值8.5、电解电压10V 、电流0.1A 、电解时

11、间1.5h 、活性炭2g 和氢氧化铁0.21g 。855中国环境科学18卷表1不同催化剂时电解处理废水的结果T able 1The results of wastewater treatment by electrolysiswith different catalyst指标无催化剂氢氧化铁活性炭氢氧化铁+活性炭处理前COD 1200120012001200处理后COD 390302236150去除率67.574.880.387.5注:处理前、后COD 单位均为mg/L 去除率单位为 %图5不同催化剂对COD 的影响Fig.5The influence of COD in different

12、catalyst v olume在电解电压10V 、电流0.1A 、电解时间1.5h 、pH 值8.5、活性炭2g 和氢氧化铁0.21g 的条件下,分别取100、250m L 的废水进行扩大试验,观察其处理能力。废水水样为100、250m L 时在不同电解时间条件下的试验结果见图6,当电解时间大于1.5h 时,出水COD 达到国家排放标准中的二级标准。表2反映了相同条件下不同废水量时COD 的去除效果。图6不同水样量时废水电解效果Fig.6The results of electrolysis in different wastewater 表2不同水样量时复合催化电解的结果T able 2T

13、he results of electrolysis of complex catalystin different wastewater v olume指标水样量(m L 50100250处理前COD (mg/L 120012001200处理后COD (mg/L 150120176去除率(%87.590.085.33讨论3.1采用活性炭吸附2电解氧化的工艺处理废水时,活性炭就成为催化剂,它可以提高废水处理的效率79。然而,据研究表明,活性炭对染料的吸附有选择性,只对阳离子染料、碱性染料、直接染料、活性染料等水溶性染料的废水具有较好的吸附性能。本法中活性炭在电解过程中主要起催化作用。实验表明,

14、废水在进入电解槽时,活性炭可吸附其中的COD ,废水中的氧化剂在活性炭和氢氧化铁这两种催化剂的作用下,氧化染料等有机污染物,使之成为二氧化碳、水和其它小分子物质,从而降低COD 。采用沉淀的方法可使活性炭和氢氧化铁循环使用。3.2复合催化电解法降解机理可能是通过阳极反应,氧化分解难降解生物的有机物;或通过阳极反应产生氧化性物质对有机物产生氧化作用。本实验所用的废水中所含的Cl -、OH -在阳极形成Cl 2、ClO -、OH 和O 等,进而氧化有机物8。实验中投加的氢氧化铁,在阴极上可还原成Fe 2+,Fe 2+在水溶液中同氧化剂反应生成许多自由基,分解废水中的有机污染物。同时,氢氧化铁形成的

15、絮凝体,与废水中的悬浮物、胶体类有机物一起絮凝沉淀。3.3在电解过程中,阳极产生O 2、Cl 2的微气泡,微气泡附在活性炭和絮凝体上,延长了氧化剂在废水中的停留时间,并氧化絮凝体上的有机物。3.4最初设想增加搅拌时间可以提高反应的速率,但实验结果证明,搅拌起到相反的作用。其原因可能是搅拌减少了新生态氧和氯气在废水中的停留时间,使气体容易逸出,同时可能加速自由基的猝灭,使得废水中的氧化剂减少而影响处理效果。3.5以氢氧化铁为催化剂的催化效果没有活性炭好,这可能与催化剂的表面积和催化机理的不同有关。采用催化电解法处理染料废水的效果优于单纯的电解法。如果活性炭与氢氧化铁联合使用,这种优越性更加明显。

16、故复合催化电解法将为染料工业废水的处理提供一种新方法。9556期杨柳燕等:复合催化电解法处理染料工业废水3.6同一般的化学氧化剂(如液氯、漂白粉等相比较,采用复合催化电解法处理废水操作简单,不需要进行氧化剂的运输和储存,管理方便。同时复合催化电解处理废水的能耗较一般的电解低。4结论4.1采用活性炭和氢氧化铁复合催化电解法处理染料工业废水是可行的,其处理后的废水COD为120150mg/L,去除率为87.5% 90%,脱色率为99%100%。4.2两种催化剂都能对电解氧化处理废水起作用,但复合催化剂的作用大于单一催化剂。4.3复合催化电解法降解COD的机理可能为活性炭的吸附,阳极反应,OH自由基

17、的氧化, Fenton反应和絮凝反应2。4.4复合催化电解处理染料工业废水具有操作简便、能耗低的特点。参考文献1邓中旦,鹿笃实,毛怀珍等.品绿染料废水治理工艺研究.环境工程,1993,11(6:10132翟由涛.复合氧化法处理染料工业废水.环境保护,1994,(1:19203赵永才,孙又山,王玉树.微电解法脱除水溶性染料废水色度的研究.环境污染与防治,1994,16(1:18214杨凤林,全燮,杜慧玲.利用铁碳粒料脱除染料废水中的色度.环境工程,1992,10(6:155薛大明,赵雅芝,杨凤林等.分散染料废水预处理方法的研究.环境工程,1992,10(5:156张建志,吕步云.半煤渣吸附法处理

18、染料工业废水.环境工程,1991,9(1:147赵少陵,金平.活性炭纤维电极法处理印染废水的应用研究.上海环境科学,1997,16(5:24278陈繁忠,李穗中.电解氧化处理难生物降解有机废水的研究进展.广州环境科学,1996,11(4:30349杨卫身,周集体,杨凤林.微电解法降解染料废水研究.上海环境科学,1996,15(7:3032作者简介杨柳燕男,1963年5月生。助理研究员。主要从事环境微生物和环境工程的研究、教学工作。承担过的主要项目有印染废水处理工程、显像管生产废水处理工程、酒精废水处理工程的设计、电厂废水处理工程、地下水有机污染的化学与生物修复研究、有机工业废水治理新技术研究等。发表论文15篇,合编教材3本(其中1本获校优秀教材二等奖,译著1本。美国科学基金会举行关于两栖类动物减少的学术研讨会今年5月美国在弗吉尼亚州Arlington举行了全国科学基金会(NSF召开的学术讨论会,讨论近年来两栖类动物日益减少问题。科学家总结认为,两栖类动物减少是环境质量普遍下降的一个症状,两栖类动物减少不是由单一明显原因造成的。会议组织者、亚利桑那大学的Jim C ollins说,在荒僻地区蛙类减少可能是环境污染、疾病、紫外线增加