铁炭微电解处理染料废水试验研究
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- 发布时间:2015-12-01 15:24
实验自制了铁炭微电解填料,并用于处理染料废水。试验结果表明,该填料对染料废水脱色效果明显,在填料投加量为40g/L、pH为4、反应时间为2.5小时的条件下,铁炭微电解对染料去除率达到88.9%
我国是世界上染料的生产和出口大国,因此染料废水成为重要的环境污染源之一,对染料废水的处理研究具有很大的现实意义。染料废水一般具有有机物浓度高、色度高、成分复杂、无机盐含量大、脱色困难等特点,是一种典型的难降解有机废水,如果未经处理直接排放,将对周围水体造成严重污染,影响人们的正常工作生活。
铁炭微电解技术是利用铁和炭形成微电池,通过电化学腐蚀、氧化还原、物理吸附、絮凝沉淀等过程实现污染物去除。目前,铁炭微电解技术已广泛应用于染料脱色、印染、化工等难降解有机废水中。
本实验采用铁炭微电解和Fenton试剂氧化技术对酸性嫩黄染料废水进行处理,以考察二者对染料的脱色效果。
材料与方法
铁炭微电解填料的制备
将还原性铁粉、粉末活性炭、粒径小于100目的粘土作为原料,按照质量百分比铁粉:活性炭:粘土=70%:15%:15%量取,加入适量的水充分搅拌混匀,制成3mm-10mm的颗粒状填料。将填料放入烘箱,于30~500C烘干,然后将干燥的填料移入管式炉,在隔绝氧并通入N2的情况下,于8000C下焙烧2小时。待焙烧结束、冷却后,制得定型的铁炭微电解填料。制得的填料具有良好的比表面积,能够有效防止填料表面钝化及填料的板结。
模拟染料废水的配制
准确称取0.1g酸性嫩黄染料,用蒸馏水溶解后移入容量瓶,定容至1000mL,配制成浓度为300mg/L的模拟染料废水。
实验步骤
铁炭微电解实验步骤[3]:取100mL酸性嫩黄模拟染料废水放入250mL的锥形瓶中,调节一定的pH后,再分别加入一定的铁炭填料,在室温下于电热恒温振荡水槽中反应一定的时间,测定上清液的染料浓度。
分析方法
①染料浓度的测定
分别配制浓度为20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L、120mg/L的酸性嫩黄染料在420nm处分别测定其吸光度,绘制染料浓度与吸光度的标准曲线,水样中染料浓度的测定通过测定吸光度后计算确定。
②pH
pH由pH计测定。
结果与讨论
反应时间对铁炭微电解处理效果的影响
在常温、pH为7、填料投加量为1g的条件下,分别取100mL模拟染料废水加入7个250mL锥形瓶中,放入电热恒温振荡水槽中振荡,每隔30min时测定处理后水样中的染料,并计算去除率。
反应时间对铁炭微电解处理效果的影响
反应开始阶段随着反应时间的推移,染料的去除率也在上升。在150分钟时染料的去除率达到19.4%,但是此后再增加微电解处理时间,染料的去除率增加不大。脱色率升高有两部分原因促成,主要是反应刚开始时活性炭对染料的吸附作用导致染料降低,脱色率增高;另外,随着反应时间的延长,铁的腐蚀速度也在减缓,易降解物质基本反应完全,难降解物质反应在此条件下很难被破坏。微电解作用破坏了一部分染料的偶氮发色基团,使得染料下降的同时破坏了染料较为稳定的共轭结构,染料的大分子结构被分解为小分子结构[5],本实验中当处理2.5小时后,脱色率变缓,选择反应时间为2.5小时。
填料投加量对铁炭微电解处理效果的影响
在常温、pH为7、反应时间为2.5小时的条件下,分别取100mL模拟染料废水加入7个250mL的锥形瓶中,分别加入0.5g、1g、2g、3g、4g、5g、6g填料,测定反应结束时的吸光度,结果如图2所示。
填料投加量对铁炭微电解处理效果的影响
随着填料投加量的增加,染料的去除率也逐渐增大。当填料投加量达到4g时,染料去除率达到49.78%,但是此后再增加微电解填料投加量,染料的去除率增加便不明显。理论上来说,随着铁炭微电解填料投加量的增大,形成的铁炭微电极数量就会增加内电解作用加剧,溶液中的Fe3+所产生的混凝作用也随之加剧,这两者的联合作用使得一开始脱色率逐渐增大,而后再加入的填料对整个微电解反应的促进作用就不会太明显。综合考虑,选择最佳填料投加量为4g。
pH值对铁炭微电解处理效果的影响
在常温、反应时间为2.5小时、填料投加量为4g的条件下,分别取100mL模拟染料废水加入7个250mL的锥形瓶中,改变原液的pH值,使之分别为1、2、3、4、5、6、7,时间结束时测定处理后水样中的染料浓度并计算去除率。
pH值对铁炭微电解处理效果的影响
废水pH值对铁炭微电解的处理效果影响较大,反应在酸性条件下效果较好,在接近中性条件下对染料的去除率降低。在pH为4时处理效果最为理想,脱色率达到88.9%。pH值太低,耗酸量增加,同时对铁炭微电解填料的耗用和腐蚀也增加。pH值低于4或高于4处理效果会变差。从理论上分析可以发现在酸性条件下,填料中铁粉的腐蚀加快,由电极反应生成具有很强活性的新生态[H] ,可以破坏一些发色基团或者是助色基团的结构,使废水的色度降低;与此同时反应生成的Fe2+在出水时pH呈中性或是碱性且有氧存在的条件下,可以形成Fe(OH)2直至Fe(OH)3 ,这样生成的絮状沉淀,通过吸附和絮凝作用,将废水中的污染物去除。但酸性过强,会使处理后的水中含有大量的Fe2+和Fe3+,使得出水水样的色度加深,对脱色效果造成了一定的影响。同时溶液中多余的H+还会破坏已经形成的絮凝体,使得处理效果变差,综合考虑,铁炭微电解最佳的反应pH为4。
填料各功能单元对染料去除比例分析
为考察填料中活性炭、粘土、铁粉等各成分对染料去除率的影响所占的比重,我们在pH为4、反应时间为2.5小时的最佳反应条件下,加入同样比例的活性炭和粘土来验证其对染料的脱色效果。分别取0.6g活性炭和粘土加入100mL的原液中,调节pH至4,然后将锥形瓶放入电热恒温振荡水槽中反应2.5小时,测定其染料浓度,其染料去除率为18.1%。
填料各功能单元对染料去除比例分布
在总的88.9%的染料去除率中,粘土和活性炭的去除效果仅占到20%,而剩下80%比例的染料是通过微电解去除,说明制备的填料充分发挥了微电解的作用。
3 结论
(1)自制铁炭微电解填料处理酸性嫩黄模拟染料废水,最优工艺参数为填料投加量40g/L、pH值为4、反应时间为2.5小时。经过处理,染料去除率达到88.9%。
(2)在染料的去除中,铁炭微电解各功能单元对染料的去除分布为:炭与粘土占20%,而微电解作用,去除的燃料占80%。
王晓晶 王志豪 王左栋