偶氮染料生产废水的处理工艺技术研究
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将经预处理后的高浓度废水与低浓度废水按实 际比例混合 ,确定最佳混凝剂与投入量 。 214 测定项目及分析方法[13]
化学需氧量 (CODCr ) : 标准重铬酸钾法 ;pH 值 : PHS - 25 型酸度计 ,玻璃电极法 ;色度 :稀释倍数法 。 215 实验内容
a1 电解处理高浓度废水的效果及影响因素 。 b1 高浓度废 水 化 学 氧 化 处 理 的 效 果 及 运 行 条件 。 c1 混合废水最佳混凝剂的选择与投入量 。 d1 全流程的处理效率 。
收稿日期 : 2000 - 09 - 04 基金项目 : 湖南省科委科技项目 作者简介 : 李庄 (1968 - ) ,女 ,新疆人 ,助理研究员 ,硕士研究生 1
题[4 ,5] 。因此 ,寻求实用 、可靠 、有效的处理偶氮染料 废水的技术和工艺具有现实意义 。
笔者采用清污分流的方法 ,将高浓度偶氮工艺 废水经中和 、电解 、臭氧氧化预处理后再与低浓度冲 洗废水进行混凝处理 。结果表明 ,该方法可有效地 去除 CODCr 和色度 。去除率与脱色率均达到 95 %以 上 ,可以做到达标排放 。
Abstract : The wastewater of azo dye is characterized with high CODCr ,high colority and complication of organic components. According to the characteristic of the wastewater , the high concentration wastewater of azo dye was firstly pre2treated by neutralization2electrolysis2ozonization process ,then was compounded with low concentration wastewater in proportion ,and treated by coagulating process. The whole process optimum conditions were determined as follows :pH of neutrality ,10 V of electrolysis voltage ,01018 AΠcm2 of electrical current density ,2 h of ozoniza2 tion , 250 mgΠL of environment2protecting coagulant 1 # ,3 # . The removal rates of CODCr and colority are 9916 % and 9919 % respectively. The effluent quality can reach requirements of wastewater discharge standards. Key words : azo dye ; wastewater treatment ; electrolysis ; ozonization ; coagulant
图 2 CODCr和色度的去除率与 电解电压的关系
Fig. 2 Removal of CODCr colority
electrolysis voltage
31112 CODCr 和色度与电流密度之间的关系 取 500 mL 中和后的高浓度废水在电解电压为
10 V 时 ,电流分别为 2 ,4 ,6 ,8 A ,电流密度分别为 01006 ,01012 ,01018 ,01024 AΠcm2 电解 1 h 。了解随 着电流密度的不同 ,对废水去除率和脱色率的影响 (图 3) 。图 3 表明 ,随着电流密度的增大 ,CODCr 与色 度的去除率明显增大 。但电流密度越大 ,电能消耗
图 5 CODCr 和色度的去除率与 O3 量的关系 Fig. 5 Removal rate of CODCr and colority dosage of oaone
间 (O3 通入量) 与废水 CODCr 的浓度有关 ,当 CODCr 浓 度较高时 ,通入的 O3 量相对较高 ,当 CODCr 浓度在 1 500～2 000 mgΠL 的范围内 ,O3 浓度为 0124 gΠL 时 , CODCr 的去除率约为 50 % ,而脱色率可以达到 80 %。 在相同 O3 浓度下 , 高浓度废水的 CODCr 去除率较 差 ,脱色率相对较低 。因此宜将臭氧处理作为电解 的后续处理 ,可以达到较好的效果 。 313 CODCr 和色度与混凝剂投加量的关系
偶氮染料在染料中占 80 %以上[1] , 其色谱齐 全 、应用广泛 , 是合成染料中数量 、品种最多的一 类[2] 。由于偶氮染料品种繁多 ,因此其废水成分复 杂 , CODCr 浓 度 、色 度 、含 盐 量 和 酸 碱 度 高 。BOD5Π CODCr值低 ,一般在 012～014 ,可生化性较差[3] ,直接 排放对环境危害大 。由于芳香族偶氮化合物性质稳 定 ,常规的混凝中和 、沉淀 (或气浮) 等方法处理偶氮 染料废水效果不理想 ,焚烧 、湿式氧化及膜分离[3] 等 技术 ,虽有良好的处理效果 ,但技术要求高 ,投资大 , 处理成本高 ,限制了它们的实际应用 。以生物法为 主的传统处理方法处理偶氮染料废水也存在许多问
摘要 : 偶氮染料废水具有高 CODCr 、高色度 、有机物成分复杂等特点 。根据清污分流的原则 ,确定处理工艺方案为 :首先对高浓度偶氮染料工 艺废水采用中和 —电解 —臭氧氧化进行预处理后 ,再与低浓度废水按比例混合混凝处理 。经大量工艺实验确定全流程工艺条件为 :废水 pH 中性 、电解电压 10 V、电流密度 01018 AΠcm2 、电解时间 2 h ,O3 氧化时间为 2 h ,混凝剂环保 1 # 和 3 # 浓度各为 250 mgΠL 。CODCr 、色度的去除率分 别可以达到 9916 % ,9919 %。可以达标排放 。 关键词 : 偶氮染料 ; 废水处理 ; 电解 ; O3 氧化 ; 混凝 中图分类号 : X788 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 6929 (2001) 03 - 0029 - 04
第 14 卷 第 3 期
环 境 科 学 研 究 Research of Environmental Sciences
Vol. 14 ,No. 3 ,2001
偶氮染料生产废水的处理工艺技术研究 3
李 庄1 , 曾光明1 , 高兴斋2
(1. 湖南大学 环境科学与工程系 ,湖南 长沙 410082 ; 21 湖南省环境保护科学研究所 ,湖南 长沙 410004)
图 3 CODCr和色度的去除率与 电流密度的关系
Fig. 3 Removal rate of CODCr and color electrical current density
31113 CODCr 和色度与电解时间的关系 在电压为 10 V 、电流密度为 01018 AΠcm2 的情
况下进行电解实验 ,每 015 h 测定 CODCr 与色度一次
第3期
李 庄 ,等 :偶氮染料生产废水的处理工艺技术研究
31
越大 ;电流密度过低 ,设备能力减小 。因此要提高电 流效率 ,降低能耗 ,应适当选取电流密度 。考虑到实 际情况 ,电流密度宜取 01018 AΠcm2 。去除率与脱色 率分别可以达到 70 %与 78 %。
(图 4) 。实验结果表明 ,当电解时间 t > 2 h 后 ,能达 到较为满意的处理效果 。t = 2 h 时 ,CODCr 和色度的 去除率分别可以达到 7718 %和 8216 %。
图 4 CODCr和色度的去除率与 电解时间的关系
Fig. 4 Removal rate of CODCr and colority via time
312 CODCr 和色度与臭氧量的关系 分别取 200 mL 电解后的上清液与中和后的高
浓度废水 ,通入 O3 ,每 20 min 取样一次 ,测定不同 O3 量 对废水的处理效果 ( 图5) 。结果表明 ,O3 通入时
Study o n the Treatment Proce ss Technique of Wa stewater fro m Azo Dye Pro ductio n
LI Zhuang1 , ZENG Guang2ming1 , GAO Xing2zhai2
(1. Department of Environment Engineering and Sciences of Hunan University , Changsha 410082 , China ; 2. Institute of Environment Protection Science of Hunan Province , Changsha 410004 , China)
1 实验的理论依据
使偶氮染料降解脱色的关键是破坏其偶氮基 。 典型的偶氮化合物的氧化电位和还原电位分别为 + 115～ + 210 V 和 + 0105～ + 011 V[6] 。偶氮染料 可以发生电化学反应[7～9] 。偶氮基在电化学反应中 容易成为电活性基团[10] 。该实验采用复极性固定 床电解槽 (BPBC) 对高浓度偶氮染料废水进行处理 。 其比电极面积是传统二维电解槽的几十倍甚至上百
送制砖厂制砖
送锅炉房掺入煤中烧掉
将高浓度废水经石灰中和 (pH 为 7) 后 ,取 1 000 mL 废水进行电解实验 。在不同的电解电压 、电流密 度和电解时间下 ,分别取上清液测定 CODCr和色度 。
电解后的高浓度废水经臭氧氧化 ,在通入不同 臭氧量的条件下 ,测定废水的 CODCr 和色度 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
30
环 境 科 学 研 究
第 14 卷
倍[6] ,传质过程得以强化 ,反应速度加快 ,电解效率 提高 。与二维电解槽相比可以更有效地去除水中的 污染物 。
臭氧是高能量氧的派生物 ,它能够分解产生出 活性极强的原子氧 ,破坏偶氮基的双键 ,其氧化反应 的途径有两条[11 ,12] 。
混凝沉降是染料 、染色废水经常采用的物化处 理法 。实验采用湖南省环保所自行研制的环保 1# 与 3 # 混凝剂 ,对偶氮染料废水有较好的去除效果 。
3 结果与讨论
311 不同电解条件对废水处理效果的影响 31111 CODCr 和色度与电解电压之间的关系
将 500 mL 中和后的高浓度废水在 5 ,10 ,15 V 电 压下进行电解 ,电解时间为 1 h ,测定不同电压条件 下对废水 CODCr 和色度的影响 (图 2) 。实验结果表 明 ,电压在 10 V 的条件下 ,电解效果最好 。
中和渣
电解渣
氧化渣
高浓度废水 混合
石灰中和
电解
臭氧氧化
低浓度废水 混凝沉淀
炉渣过滤
水达标外排 弃渣送去制砖
混凝渣 送锅炉房掺入煤中烧掉
图 1 工艺流程 Fig. 1 Process figure
213 实验设备与方法 21311 实验设备
KGCA20AΠO - 75V 可控硅自动充电机 ; 电解槽 (150 mm ×240 mm) ,阳极为电解同心圆钢桶 ,阴极 为石墨棒 (Φ50 mm ×250 mm) (阴极和阳极经打磨并 预先在电解液中极化 1 d) ; YC - 20 型臭氧发生器 ; 721 - 紫外分光光度计 ; PHS - 25 型酸度计 ; CODCr 回 流装置 。 21312 实验方法
类别
pH
CODCr (mgΠL)
色度 (倍) 水量 (tΠd)
高浓度废水 112～118 10 000～25 000 20 000～30 000 100
低浓度废水 6～7
200～600
1 000～2 000 1 400
212 实验工艺流程
通过研究 ,并针对该厂废水水质的情况 ,试验所
采用的工艺流程如图 1 所示 。
2 实验方法
211 废水来源及水质 废水取自某偶氮染料化工厂 ,该厂排放的废水
分为 : ①生产过程中产生的高浓度工艺废水 ; ②清洗 设备和地面产生的低浓度有机废水 。废水水量 、水 质情况见表 1 。
表 1 废水水量水质状况 Table 1 Quantity and character of wastewater
化学需氧量 (CODCr ) : 标准重铬酸钾法 ;pH 值 : PHS - 25 型酸度计 ,玻璃电极法 ;色度 :稀释倍数法 。 215 实验内容
a1 电解处理高浓度废水的效果及影响因素 。 b1 高浓度废 水 化 学 氧 化 处 理 的 效 果 及 运 行 条件 。 c1 混合废水最佳混凝剂的选择与投入量 。 d1 全流程的处理效率 。
收稿日期 : 2000 - 09 - 04 基金项目 : 湖南省科委科技项目 作者简介 : 李庄 (1968 - ) ,女 ,新疆人 ,助理研究员 ,硕士研究生 1
题[4 ,5] 。因此 ,寻求实用 、可靠 、有效的处理偶氮染料 废水的技术和工艺具有现实意义 。
笔者采用清污分流的方法 ,将高浓度偶氮工艺 废水经中和 、电解 、臭氧氧化预处理后再与低浓度冲 洗废水进行混凝处理 。结果表明 ,该方法可有效地 去除 CODCr 和色度 。去除率与脱色率均达到 95 %以 上 ,可以做到达标排放 。
Abstract : The wastewater of azo dye is characterized with high CODCr ,high colority and complication of organic components. According to the characteristic of the wastewater , the high concentration wastewater of azo dye was firstly pre2treated by neutralization2electrolysis2ozonization process ,then was compounded with low concentration wastewater in proportion ,and treated by coagulating process. The whole process optimum conditions were determined as follows :pH of neutrality ,10 V of electrolysis voltage ,01018 AΠcm2 of electrical current density ,2 h of ozoniza2 tion , 250 mgΠL of environment2protecting coagulant 1 # ,3 # . The removal rates of CODCr and colority are 9916 % and 9919 % respectively. The effluent quality can reach requirements of wastewater discharge standards. Key words : azo dye ; wastewater treatment ; electrolysis ; ozonization ; coagulant
图 2 CODCr和色度的去除率与 电解电压的关系
Fig. 2 Removal of CODCr colority
electrolysis voltage
31112 CODCr 和色度与电流密度之间的关系 取 500 mL 中和后的高浓度废水在电解电压为
10 V 时 ,电流分别为 2 ,4 ,6 ,8 A ,电流密度分别为 01006 ,01012 ,01018 ,01024 AΠcm2 电解 1 h 。了解随 着电流密度的不同 ,对废水去除率和脱色率的影响 (图 3) 。图 3 表明 ,随着电流密度的增大 ,CODCr 与色 度的去除率明显增大 。但电流密度越大 ,电能消耗
图 5 CODCr 和色度的去除率与 O3 量的关系 Fig. 5 Removal rate of CODCr and colority dosage of oaone
间 (O3 通入量) 与废水 CODCr 的浓度有关 ,当 CODCr 浓 度较高时 ,通入的 O3 量相对较高 ,当 CODCr 浓度在 1 500～2 000 mgΠL 的范围内 ,O3 浓度为 0124 gΠL 时 , CODCr 的去除率约为 50 % ,而脱色率可以达到 80 %。 在相同 O3 浓度下 , 高浓度废水的 CODCr 去除率较 差 ,脱色率相对较低 。因此宜将臭氧处理作为电解 的后续处理 ,可以达到较好的效果 。 313 CODCr 和色度与混凝剂投加量的关系
偶氮染料在染料中占 80 %以上[1] , 其色谱齐 全 、应用广泛 , 是合成染料中数量 、品种最多的一 类[2] 。由于偶氮染料品种繁多 ,因此其废水成分复 杂 , CODCr 浓 度 、色 度 、含 盐 量 和 酸 碱 度 高 。BOD5Π CODCr值低 ,一般在 012～014 ,可生化性较差[3] ,直接 排放对环境危害大 。由于芳香族偶氮化合物性质稳 定 ,常规的混凝中和 、沉淀 (或气浮) 等方法处理偶氮 染料废水效果不理想 ,焚烧 、湿式氧化及膜分离[3] 等 技术 ,虽有良好的处理效果 ,但技术要求高 ,投资大 , 处理成本高 ,限制了它们的实际应用 。以生物法为 主的传统处理方法处理偶氮染料废水也存在许多问
摘要 : 偶氮染料废水具有高 CODCr 、高色度 、有机物成分复杂等特点 。根据清污分流的原则 ,确定处理工艺方案为 :首先对高浓度偶氮染料工 艺废水采用中和 —电解 —臭氧氧化进行预处理后 ,再与低浓度废水按比例混合混凝处理 。经大量工艺实验确定全流程工艺条件为 :废水 pH 中性 、电解电压 10 V、电流密度 01018 AΠcm2 、电解时间 2 h ,O3 氧化时间为 2 h ,混凝剂环保 1 # 和 3 # 浓度各为 250 mgΠL 。CODCr 、色度的去除率分 别可以达到 9916 % ,9919 %。可以达标排放 。 关键词 : 偶氮染料 ; 废水处理 ; 电解 ; O3 氧化 ; 混凝 中图分类号 : X788 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 6929 (2001) 03 - 0029 - 04
第 14 卷 第 3 期
环 境 科 学 研 究 Research of Environmental Sciences
Vol. 14 ,No. 3 ,2001
偶氮染料生产废水的处理工艺技术研究 3
李 庄1 , 曾光明1 , 高兴斋2
(1. 湖南大学 环境科学与工程系 ,湖南 长沙 410082 ; 21 湖南省环境保护科学研究所 ,湖南 长沙 410004)
图 3 CODCr和色度的去除率与 电流密度的关系
Fig. 3 Removal rate of CODCr and color electrical current density
31113 CODCr 和色度与电解时间的关系 在电压为 10 V 、电流密度为 01018 AΠcm2 的情
况下进行电解实验 ,每 015 h 测定 CODCr 与色度一次
第3期
李 庄 ,等 :偶氮染料生产废水的处理工艺技术研究
31
越大 ;电流密度过低 ,设备能力减小 。因此要提高电 流效率 ,降低能耗 ,应适当选取电流密度 。考虑到实 际情况 ,电流密度宜取 01018 AΠcm2 。去除率与脱色 率分别可以达到 70 %与 78 %。
(图 4) 。实验结果表明 ,当电解时间 t > 2 h 后 ,能达 到较为满意的处理效果 。t = 2 h 时 ,CODCr 和色度的 去除率分别可以达到 7718 %和 8216 %。
图 4 CODCr和色度的去除率与 电解时间的关系
Fig. 4 Removal rate of CODCr and colority via time
312 CODCr 和色度与臭氧量的关系 分别取 200 mL 电解后的上清液与中和后的高
浓度废水 ,通入 O3 ,每 20 min 取样一次 ,测定不同 O3 量 对废水的处理效果 ( 图5) 。结果表明 ,O3 通入时
Study o n the Treatment Proce ss Technique of Wa stewater fro m Azo Dye Pro ductio n
LI Zhuang1 , ZENG Guang2ming1 , GAO Xing2zhai2
(1. Department of Environment Engineering and Sciences of Hunan University , Changsha 410082 , China ; 2. Institute of Environment Protection Science of Hunan Province , Changsha 410004 , China)
1 实验的理论依据
使偶氮染料降解脱色的关键是破坏其偶氮基 。 典型的偶氮化合物的氧化电位和还原电位分别为 + 115～ + 210 V 和 + 0105～ + 011 V[6] 。偶氮染料 可以发生电化学反应[7～9] 。偶氮基在电化学反应中 容易成为电活性基团[10] 。该实验采用复极性固定 床电解槽 (BPBC) 对高浓度偶氮染料废水进行处理 。 其比电极面积是传统二维电解槽的几十倍甚至上百
送制砖厂制砖
送锅炉房掺入煤中烧掉
将高浓度废水经石灰中和 (pH 为 7) 后 ,取 1 000 mL 废水进行电解实验 。在不同的电解电压 、电流密 度和电解时间下 ,分别取上清液测定 CODCr和色度 。
电解后的高浓度废水经臭氧氧化 ,在通入不同 臭氧量的条件下 ,测定废水的 CODCr 和色度 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
30
环 境 科 学 研 究
第 14 卷
倍[6] ,传质过程得以强化 ,反应速度加快 ,电解效率 提高 。与二维电解槽相比可以更有效地去除水中的 污染物 。
臭氧是高能量氧的派生物 ,它能够分解产生出 活性极强的原子氧 ,破坏偶氮基的双键 ,其氧化反应 的途径有两条[11 ,12] 。
混凝沉降是染料 、染色废水经常采用的物化处 理法 。实验采用湖南省环保所自行研制的环保 1# 与 3 # 混凝剂 ,对偶氮染料废水有较好的去除效果 。
3 结果与讨论
311 不同电解条件对废水处理效果的影响 31111 CODCr 和色度与电解电压之间的关系
将 500 mL 中和后的高浓度废水在 5 ,10 ,15 V 电 压下进行电解 ,电解时间为 1 h ,测定不同电压条件 下对废水 CODCr 和色度的影响 (图 2) 。实验结果表 明 ,电压在 10 V 的条件下 ,电解效果最好 。
中和渣
电解渣
氧化渣
高浓度废水 混合
石灰中和
电解
臭氧氧化
低浓度废水 混凝沉淀
炉渣过滤
水达标外排 弃渣送去制砖
混凝渣 送锅炉房掺入煤中烧掉
图 1 工艺流程 Fig. 1 Process figure
213 实验设备与方法 21311 实验设备
KGCA20AΠO - 75V 可控硅自动充电机 ; 电解槽 (150 mm ×240 mm) ,阳极为电解同心圆钢桶 ,阴极 为石墨棒 (Φ50 mm ×250 mm) (阴极和阳极经打磨并 预先在电解液中极化 1 d) ; YC - 20 型臭氧发生器 ; 721 - 紫外分光光度计 ; PHS - 25 型酸度计 ; CODCr 回 流装置 。 21312 实验方法
类别
pH
CODCr (mgΠL)
色度 (倍) 水量 (tΠd)
高浓度废水 112～118 10 000～25 000 20 000～30 000 100
低浓度废水 6～7
200～600
1 000～2 000 1 400
212 实验工艺流程
通过研究 ,并针对该厂废水水质的情况 ,试验所
采用的工艺流程如图 1 所示 。
2 实验方法
211 废水来源及水质 废水取自某偶氮染料化工厂 ,该厂排放的废水
分为 : ①生产过程中产生的高浓度工艺废水 ; ②清洗 设备和地面产生的低浓度有机废水 。废水水量 、水 质情况见表 1 。
表 1 废水水量水质状况 Table 1 Quantity and character of wastewater