染料废水的脱色方法_张林生

专论与综述 染料废水的脱色方法

张林生,蒋岚岚

(东南大学环境工程系,江苏　南京210096)

[摘要]综述了染料废水的污染特征和混凝、电解、氧化、吸附、生物降解等各种脱色方法,分析了相

应的脱色机理,并介绍了染料废水的组合处理方法。

[关键词]染料废水;脱色;处理方法

[中图分类号]X703 [文献标识码]A [文章编号]100621878(2000)0120014205

1　染料废水的来源和性质

染料废水主要来源于染料及染料中间体生产行业,由各种产品和中间体结晶的母液、生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水等组成。

我国染料工业具有小批量、多品种的特点,大部分是间歇操作,废水间断性排放,水质水量变化范围大。染料生产流程长,产品收率低,废水组分复杂、浓度高(COD为1000～10万m g L)、色度深(500～50万倍)。废水中的有机组分大多以芳烃及杂环化合物为母体,并带有显色基团(如-N=N-、-N=O)及极性基团(如-SO3N a、-OH、-N H2)。废水中还含有较多的原料和副产品,如卤化物、硝基物、苯胺、酚类等,以及无机盐如N aC l、N a2SO4、N a2S等。由于染料生产品种多,并朝着抗光解、抗氧化、抗生物氧化方向发展,从而使染料废水处理难度加大。染料废水的处理难点:一是COD高,而BOD COD值较小,可生化性差;二是色度高,且组分复杂。COD的去除与脱色有相关性,但脱色问题困难更大。

[收稿日期]1999202202

[作者简介]张林生(1944-),男,江苏省常州市人,南京东南大学环境工程系主任、副教授,硕士,主要从事水污染控制与水处理技术的研究。

T re a t m e nt of W oo le n2D ye ing W a s tew a te r by T i O2F il m2S o la r

P ho toca ta ly tic O x ida tion P roce s s

SUN Shang2m ei,KAN G Zheng2jin W E I Zh i2fang

(D ep a rt m en t of Che m istry,Y anbian U n iversity of S cience and T echnoloty,Y anj i133002,Ch ina)

Abstract:W oo len2dyeing w astew ater w as treated in a so lar p ho tocatalytic ox idati on reacto r m ade of glass and filled w ith sho rt glass tubes.T he su rface of the tubes w as covered w ith T i O2fil m by so l2gel p rocess.T he w astew ater w as recycled in the reacto r by a subm erged w ater m icropum p and the air w as i m b ibed at the sam e ti m e to supp ly oxygen.T he influence of so lar radiati on ti m e,o riginal pH of influen t and quan tity of supp lied oxygen on COD rem oval efficiency w as studied.T he resu lts show that the treatm en t efficiency of the p rocess is better than that of b i o logycal treatm en t p rocess and that of pho tocatalytic ox idati on p rocess w ith su spend2 ed catalyst.T he catalyst of the p rocess can be con tinuou sly u sed w ithou t separati on and recovery,m ak ing the p rocess su itab le to indu strial u tilizati on.

Keywords:pho tocatalytic ox idati on;T i O2fil m;w astew ater treatm en t.

2　染料的发色机理

染料的颜色取决于其分子结构。按W iff发色基团学说,染料分子的发色体中不饱和共轭链(如

-C=C-、-N=N-、-N=O、-N

O

O

、

-C O C

O

—)的一端与含有供电子基(如-OH、-N H2)

或吸收电子基(如-NO2、C=O)的基团相连,另一端与电性相反的基团相连。化合物分子吸收了一定波长的光量子的能量后,发生极化并产生偶极矩,使价电子在不同能级间跃迁而形成不同的颜色。一般来说,染料分子结构中共轭链越长,颜色越深;苯环增加,颜色加深;分子量增加,特别是共轭双键数增加,颜色加深。

染料的相对分子质量一般在700～1500之间,带有水溶性基团(如-SO3N a、-COON a)的染料分子水溶性好,带有非水溶性基团(如-SO2N H2)的染料分子则表现出憎水性。染料废水中胶体粒子通常带负电荷,Φ电位在-7～-20mV之间。

3　染料废水的脱色方法

从理论上讲,多种物理化学方法和生物方法都可以用于染料废水的脱色处理,如絮凝沉淀、吸附、离子交换、超滤、渗析、化学氧化、光氧化、电解及生物处理方法。考虑到工业效率与处理成本,目前工业上常用的方法有絮凝沉淀(气浮)、电解、氧化、吸附、生物降解等方法。

3.1　絮凝沉淀(气浮)法

在染料废水中投加铝、铁盐等絮凝剂,使其水解形成带高电荷的羟基化合物,它们对水中憎水性染料分子如硫化染料、还原染料、分散染料(如直接耐晒翠蓝GL、分散红玉S22GFL等)的混凝效果较好,PA C 投加量在100～150m g L时,即可取得90%以上的脱色效率。而对酸性染料、活性染料,特别是对小分子量、单偶氮键、含有数个磺酸基的水溶性染料(如酸性红3B、活性红X23B)的混凝脱色效率较差。高价金属盐的电中和作用可降低染料粒子的Φ电位,但取得最佳效果并不需要降为0。混凝过程的吸附架桥作用是明显的,该过程并不改变染料的分子结构。硫酸亚铁对带-SO-3、-OH、-N H2、-X等基团的染料分子也具有较好的混凝脱色效果,这主要是由于Fe2+可以与上述基团的未共用电子对发生络合反应而形成大分子螯合物,降低了水溶性,在染料废水中呈胶体状态,进而通过硫酸亚铁水解产物的混凝作用被去除。

在含水溶性阴离子染料的废水中投加镁盐,在碱性条件下可形成化学絮凝[1]。含磺酸基团的染料脱色效果优于含羧酸基团的染料,这些阴离子基团容易成为氢氧化镁的吸附作用点。如M g(OH)2对活性橙X2 、弱性酸红3B均有较好的脱色作用。pH对M g (OH)2混凝作用影响较大,一般要求pH>11。Ca (OH)2对镁盐脱色有协同作用。镁盐对阳离子染料如亚甲基蓝、阳离子红X2GRL的脱色效果较差。

对含磺酸基团的水溶性染料的生产废水,采用带长支链的阳离子表面活性剂如22十二烷基二甲基氯化胺及十二烷基氯化吡啶作助凝剂,先形成络合物,再以硫酸铝或PA C混凝,可获得良好的脱色效果[2]。文献报道,以双氰胺、甲醛和改性剂在一定酸度下合成的阳离子高分子混凝剂M G对可溶性阴离子染料亦有很好的脱色作用,在硫酸铝协同作用下对活性艳红KD28B、K22B P、酸性大红GR、分散桃红R23L、硫化红棕等均有较好的脱色效果[3]。

3.2　电化学法

采用石墨、钛板等作极板,以N aC l、N a2SO4或水中原有盐分作导电介质,对染料废水通电电解,阳极产生O2或C l2,阴极产生H2,新生态氧或N aC l O的氧化作用及H2的还原作用破坏了染料分子结构而脱色,此法属于电解法。以Fe、A l作阳极,由电极反应产生Fe2+及A l3+,其水解产物形成凝絮,通过对染料分子的氧化还原及粘附作用而脱色,絮体由阴极产生的H2浮上,此法属于电气浮法。这两种方法对含-SO-3基团及N=N双键的可溶性酸性染料、活性染料均有良好的脱色作用。如在废水中投加阳离子高分子化合物,使与阴离子染料分子先形成络合物,并采用混凝法去除胶体态不溶性染料物质,后续处理再用电解或电气浮法针对可溶性染料完成氧化脱色,则可节省电能,此方法为混凝2电解法或混凝2电气浮法,根据小试成果,当废水中以纳夫妥为主的混合染料的质量浓度为154m g L时,耗电仅为0.15～0.2