摘要:考察了ph值、催化剂用量、酸性大红(gr)染料初始浓度、曝气量对染料去除率的影响,确定了gr染料去除的 较佳反应条件: ph值为3,催化剂投加量为0. 6 mg/l,gr染料进水浓度为20 mg/l,曝气量为60 ml/min。在较佳反应条件下,对光催化工艺、好氧生物降解工艺和光催化-好氧生物降解组合工艺处理单一染料废水效果进行了比较,并考察了组合工艺处理混合染料废水的效果,结果表明:反应5 h时,组合工艺对单一染料废水中活性墨绿(b-4bln)和gr 染料的去除率分别为85. 66%和76. 93%,去除效果明显高于单一工艺;组合工艺对混合染料废水中b-4bln和gr染料的去除率分别为83. 76%和71. 84%。
关键词:光催化;好氧生物降解;酸性大红;活性墨绿;试验研究
我国每年约有6亿~7亿t印染废水排入水环境中,是最 主要的水体污染源之一[1]。印染废水处理方法可分为物理法、 化学法、生物法3大类,由于印染废水成分复杂,单一处理方法 往往不能达到理想的效果,因此在实际应用中印染废水处理大 多采用几种方法的组合[2]。笔者对光催化-好氧生物降解组 合工艺处理印染废水进行了试验研究。
1 试验方法与内容
1.1 仪器与试剂
仪器:自制光催化-好氧生物降解反应器, zk-82a型真 空干燥箱, phs-2c酸度计,vis-7220分光光度计, 800b台式离 心机。试剂:酸性大红(gr),活性墨绿(b-4bln),钛白粉等。
1.2 试验方法
采用重铬酸钾标准法测定cod浓度;使用phs-2c酸度 计测定ph值;使用分光光度计测出废水出水的吸光度值,然后 对照该染料废水的标准曲线得出废水染料的含量[3]。
1.3 试验内容
(1)用gr染料自配一定浓度废水,以锐钛矿型tio2作为 光催化剂,反应器在40 w普通日光灯照射下运行100 min,考 察溶液ph值、催化剂用量、溶液初始浓度、曝气量等因素对染 料去除率的影响,确定较佳的反应条件。
(2)在较佳反应条件下,考察单一染料b-4bln(浓度为 30 mg/l)、gr(浓度为20 mg/l)废水分别在光催化、好氧生物 降解、光催化-好氧生物降解工艺处理后的染料去除效果及 cod去除效果。
(3)在较佳反应条件下,考察光催化-好氧生物降解组合 工艺对混合染料(b-4bln浓度为30 mg/l, gr浓度为20 mg/l)废水的染料及cod去除效果。
2 结果分析
2.1 单因素分析
(1)ph值(如图1)。gr染料的去除率随着ph值的升高 而降低, ph=12时去除率仅为0. 47%, ph=1. 5时去除率为 11. 06%。产生这种现象的原因为:①ho?具有强氧化性,在 光催化氧化反应中起主要作用;②可能与gr染料的分子结构 有关。
(2)催化剂tio2用量(如图2)。tio2用量为0. 10~0. 6 g/l时,gr染料的去除率随着tio2用量的增加而缓慢增大; tio2用量为0. 65 g/l时,去除率达到最高,为8. 28%;tio2用 量大于0. 65 g/l时,去除率随着tio2用量的增加而有减小趋 势。产生这种现象的原因:①当tio2投加量过少时,光子不能 被完全转化为化学能;②适当增加tio投加量能产生更多的活性物质,增大固-液接触面,加快反应速率;③当tio2投加 量过多时会减小溶液的透光率。
(3)初始gr染料浓度(如图3)。gr染料的去除率随着 初始浓度的升高明显降低,且低浓度条件下去除率降低的趋势 比较明显。产生这种现象的原因:①gr染料低浓度条件下,染 料分子比较少,而催化剂受激发产生的强性基团相对比较多; ②高浓度的废水会影响水体透明度,催化剂受激发产生的强性 基团较少。
(4)曝气量(如图4)。gr染料的去除率随着曝气量的增 加而提高,当曝气量为60 ml/min时去除率最高为30. 59%,继 续增加曝气量则去除率开始缓慢下降。适当的曝气能显著提 高光催化效率,过量的曝气则会阻抑反应的进行。产生这种现 象的原因:①液相光催化反应是多相的,氧的吸附影响比较复 杂;②不断供给氧气时,可认为tio2表面吸附的氧气是恒定 的,其速率常数与氧的吸附有关[4],当tio2表面吸附的氧气不再增加,过量的气泡会导致光的散射,阻碍催化剂对光的吸收。
对以上单因素试验结果进行正交分析,确定较佳的反应条件: ph值为3,催化剂投加量为0. 6mg/l,gr进水浓度为20 mg/l,曝气量为60 ml/min;确定影响光催化降解去除率的4个因素的主次顺序依次为初始染料浓度、曝气量、ph值、催化剂投加量。
2.2 各工艺处理单一染料废水效果比较
光催化-好氧生物降解组合工艺对b-4bln、gr染料的 去除效果比单一的光催化工艺、好氧生物降解工艺好组合工艺对cod去除效果比单一光催化工艺好。 反应5 h时,组合工艺、光催化工艺、好氧生物降解工艺对b- 4bln染料的去除率分别为85. 66%、45. 78%、51. 36%,对gr 染料去除率分别为76. 93%、36. 54%、43. 88%;反应5 h时组合 工艺对单一染料b-4bln、gr废水中的cod去除率分别为 90. 67%、83. 33%,而光催化工艺相应的去除率分别为 44. 18%、28. 41%。由此可见,组合工艺处理单一染料废水效果要比单一工艺效果好很多。
2.3 光催化-好氧生物工艺处理混合染料废水效果
混合染料废水中的b-4bln和gr染料去除率随着反应 时间的延长而增加,反应5 h时去除率分别为83. 76%和 71. 84%;混合染料的cod去除率也随着反应时间的延长而增加,反应5 h时去除率为85. 03% (如图7)。由此可见,光 催化-好氧生物降解工艺对混合染料废水的处理效果是比较好的。
3 结 语
试验结果表明,光催化-好氧生物降解组合工艺对染料和cod的去除效果较好,其成本低、投资少、工艺简单,具有较好的应用价值。
参考文献:
[1] 赵宜江,张艳,嵇鸣,等.印染废水吸附脱色技术的研究进展[j].水处理技 术, 2000, 26(6): 315-319.
[2] 李家珍.染料染色工业废水处理[m].北京:化学工业出版社, 1997.
[3] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[m].北京:中国环境科学出版 社, 2002.
[4] jm herrmann.heterogeneous photocatalysis: fundamentals and applications to the removal of various types of aqueous pollutants [j]. catalysis today, 1999, 53: 115-129.
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