染料废水的综合处理

第42卷　第6期2003年12月

复旦学报(自然科学版)

Journal of Fudan University(Natural Science)

Vol.42No.6

Dec.2003

文章编号:042727104(2003)0621010205

Ξ染料废水的综合处理

叶匀分,奚伟军

(复旦大学化学系,上海　200433)

摘　要:采用硫酸钡、高岭土等无机物来吸附染料废水中的有机染料,使染料废水的ρ(COD Cr)从1万多下降至1400mg/L左右,同时得到副产物纸用颜料.对无机物吸附后的废水,进一步用电化学氧化和活性炭吸附处理,使废水的ρ(COD Cr)继续下降至100mg/L以下,而达到国家一级排放标准.

关键词:染料;废水处理;电化学氧化;吸附

中图分类号:X78 文献标识码:A

染料在人们的日常生活中扮演了非常重要的角色,不仅在纺织、造纸等工业上有极大的应用,在食品工业也有着不可替代的作用.正因为它的存在,使我们的生活变得绚丽多彩.

目前我国染料产量为4.2×105t,约占世界总产量的45%,居世界第一.然而,每生产1t染料,将有2%的产品随废水流失[1];这不仅造成了极大的经济损失,也给环境带来了严重的污染.在众多的染料中,偶氮染料是应用最广、数量最多的一种有机合成染料.该染料从原料到成品往往伴随有硝化、缩合、还原、氧化、重氮化、偶合等单元操作,副反应多,废水的有机物成分复杂,而难以生物降解处理;因此偶氮染料废水被公认是难治理的高浓度有机废水[2].

对于偶氮染料废水,目前主要的处理方法有[2～7]:吸附法、絮凝沉淀、电化学法、氧化法、生物降解法.但对废水中的染料进行回收利用方面的研究甚少;如果能在废水中回收利用一部分染料,这样既可获得一定的经济效益,也能减少废水的处理量,从而降低废水的处理成本.本文对一种偶氮染料酸性橙Ⅱ的废水,通过无机物吸附制备纸用色浆和电化学氧化及活性炭吸附这一废水处理工艺进行了一定的探索.

1　染料废水的处理过程

1.1　制备纸用色浆

目前染料的生产工艺基本上是采用盐析结晶、过滤、清洗、干燥的方法;在得到有机染料的同时,会产生浓度很高的有机染料废水.而彩色纸生产厂家,却是将固体有机染料溶解到水中,然后加入高岭土、硫酸钡等无机物,制备出纸用色浆后涂覆于白纸上而得到彩色纸.在制备纸用色浆的过程中,由于染料无法完全吸附到无机填充料上,也会产生出一定量的染料废水.这样既浪费了染料,也加大了对环境的污染.为此,我们考虑在染料生产的过程中,直接付产出纸用色浆,以回收部分染料;从而降低废水中染料的含量.

在酸性橙Ⅱ染料废水[ρ(COD Cr)值约为12000mg/L]中加入硫酸钡、高岭土等无机填充料和酸性交联剂,并机械搅拌30min;接着进行过滤,所得滤饼经水洗后即为纸用色浆,而滤液则送去进行电化学氧化处理. 1.2　电化学处理

采用无隔膜电解槽进行染料废水的电化学氧化处理.所用电解槽的尺寸为100mm×50mm×200 mm;将2个电解槽串联使用,每一电解槽内设二组并联的电极.阴极材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢板,阳极为PbO2电极;电流密度为0.5A/dm2,恒电流电解.用X21001微型离心泵输送染料废水,以L Z B23WB转

Ξ收稿日期:2003207222

作者简介:叶匀分(1961—),男,副教授.

子流量计来计量废水的体积流量.

1.3　活性炭吸附

染料废水的活性炭吸附处理,采用内径为35mm ,长为1.2m 的玻璃管做吸附柱,管内填充分析纯的颗粒活性炭,填料层高度为1m.同样用X 21001微型离心泵输送染料废水,以L Z B 23WB 转子流量计来计量废水的体积流量.

1.4　染料废水的色度测定图1　染料浓度与吸光度的关系曲线

Fig.1　Relationship between concentration of

dye and absorbency.中华人民共和国颁布的《污水综合排放标准》中规定,废

水的色度需采用稀释倍数法进行测定[8].但考虑人为因素可

能带来的误差,我们采用了测量染料废水吸光度的方法;以吸

光度的大小来评价染料废水的去色效果.

对酸性橙Ⅱ染料溶液进行波长扫描后发现,该染料溶液

在485nm 波长处有较强的吸收峰.因此,我们选择了485nm

为工作波长,用尤尼柯仪器有限公司生产的WFJ 2系列2100

型可见分光光度计,在室温下测定了不同染料浓度溶液的吸

光度,得到染料浓度与吸光度的关系如图1所示.

1.5　染料废水的ρ(COD Cr )测定染料废水的ρ(COD Cr )测定,采用G B 211914方法.2　结果与讨论

2.1　无机吸附中交联剂用量对ρ(COD Cr )的影响

将高岭土(60%),滑石粉(20%),硫酸钡(20%),DC 分散剂(0.5%)及水配成含固量为65%的白料.取一定数量的染料废水[ρ(COD Cr )约为12000mg/L ];分析其中染料的含量后,按色浆制备工艺,以m (染料)∶m (白料)=1∶14加入白料;然后加入不同量的酸性交联剂(彩色纸生产厂提供).在机械搅拌30min 后过滤出固体物料,并对滤液进行ρ(COD Cr )测定.结果得到交联剂含量与滤液ρ(COD Cr )的关系如图2所示.

图2　交联剂含量与废水ρ(CODCr )的关系Fig.2　E ffect of cross 2linking agent on ρ(COD Cr )r of dye effluent

从实验结果可知,在没有交联剂存在时,白料对染料的

吸附性能很差,废水的ρ(COD Cr )下降很少;并且得到的色

浆颜色很浅,无法用于彩色纸生产.随着交联剂含量的增

加,滤液的ρ(COD Cr )迅速下降,当交联剂含量为1.5%左

右时,废水的ρ(COD Cr )达到最低,以后又随交联剂含量的

增加而上升.这可能是由于染料需交联成较大的分子后,

才能有效地被白料所吸附;而交联剂本身是一种有机物,当

染料绝大部分被吸附后,交联剂的化学耗氧量就不可忽视.

所以随交联剂含量的增加,废水的ρ(COD Cr )逐步上升.

在交联剂含量为1.0%～2.0%之间所得到的色浆颜色

与造纸厂配制的色浆颜色几乎一样,故完全可用于彩色纸生

产.

2.2　电化学氧化处理废水的电解时间选择染料废水中往往含有大量的盐,使得生物降解十分困难.但对于电化学氧化处理废水而言,盐的存在可增加废水的导电性,尤其是Cl 2的存在可使电流效率明显提高[9];并且采用电化学方法处理废水,不存在二次污染问题.为此,对染料废水的第二步处理,我们选择了电化学处理方法.

染料在电极上所进行的电化学反应机理目前还无法完全确定.在CHI 621电化学综合测试仪上所做1101第6期 叶匀分等:染料废水的综合处理