O3和Fenton试剂化学氧化处理酸性玫瑰红印染废水顾晓扬

第43卷第l期2006年2月解究,龙戈染料与染色DYEST兀FFSANDCOLORAJI()NM〕143Febur田yNOI2(H)603和Fenton试剂化学氧化处理酸性玫瑰红印染废水顾晓扬汪晓军林德贤董方(华南理工大学环境科学与工程学院,广州5!0640)摘要:针时酸性玫瑰红印染废水的高色度、难以生物降解的特点,采用伍和阮n七。n试剂进行衷化处理,通过实验确定了最佳运行参数研究表明:在最佳运行参数下,。:处理座水的色度去除率大于99%,OCDcr的去除率脚%;下enton试剂处理色度去除率大于99%、COcDr去除率4了%。两种化学乳化处理都可以大大提高模拟废水的可生化性。关键词:酸性玫瑰红;印染废水;「enotn试剂中图分类号x78文献标识码:A文章编号;1672一1179(2006)01一0034一3酸性玫瑰红通用名称为C.I.酸性红52,属于氧杂葱染料,是酸性染料中的一种重要的染料,该染料色光鲜艳,带有荧光,主要用于羊毛、丝绸、锦纶织物的染色,也适用于皮革染色川。酸性玫瑰红染料属于难生物降解的有一机物,厌氧条件和好氧条件下都难以生物降解。而且水溶性很好,在水溶液中呈高分散体系,利用混凝的方法难以去}涂}2{。对含有难生物降解的酸性玫瑰红染料的废水,直接采用生物处理的方法难以奏效。所以采用化学氧化技术进行处理,利用有价电子的转移,电子得失,使不饱和键断开,对可溶性发色染料和助剂进行一系列的化学反应,将大分子的发色基团氧化分解成无色的小分子物质,不但达到脱色目的,而且改进其可生化性。经基自由基氧化能力很强,仅次于氟,因而能有效地分解难生物降解的有机物,利用经基自由基氧化有机物是化学氧化处理有机废水的一个有效的方法。径基自由基的主要产生途径有Fenotn试剂法(:eIZiHZO:氧化法);臭氧氧化法!’`。本实验分别采用臭氧、Fenotn试剂对酸性玫瑰红模拟废水进行处理。此类氧化剂使用后,不但可以较好的达到褪色的效果,而且可以改进废水的可生化性,经进一步生化处理后,容易达到国家排放标准。到废水中。出水口用于取样分析。飞.2实验用废水按酸性玫瑰红15mgl/,除油剂132mgl/,匀染剂132mg/l配制模拟废水,模拟废水的CODC】一约为150mg/L,色度2000度。1.3分析方法废水的色度、pH、CODcr的检测均参照标准检测分析方法}4}。1实验装置和方法1.1实验装置臭氧氧化反应装置主要由臭氧发生器、反应器、剩余臭氧吸附器等三部分组成。反应柱直径scm,高10c0m,在反应柱底部有进气口和出水口,臭氧经进气日的微孔陶瓷扩散器进人反应柱中,使臭氧迅速扩散2实验结果与讨论2.1臭氧氧化处理2.1.1模拟废水初始pH对臭氧氧化处理效果的影响用硫酸将模拟废水的pH值调为4、7(原水lPl)、用氢氧化钠将模拟废水pH调到10,对这三个不同初始pH的模拟废水分别采用不同的臭氧染料比值(质量比)进行处理。色度和COD。!处理效果见图1和图2。由图1和2可知,CODCr去除效果和色度去除效果在pH为10的时候较差,在pH为7和4时候差别不大。这说明酸性玫瑰红模拟废水在碱性条件下采用臭氧氧化效果不佳。臭氧在碱性介质中,分解产生自由基的速度加快,其反应式为:15103+OH,(H02)十0203牛02一、03+0203+(HOZ)一(HO)+202O:斗(HO)一02斗一OH在碱性时,以氢氧自由基氧化为主,在酸性时,以臭氧氧化为主。由试验结果,对模拟废水在碱性时脱色效果和CODCr去除效果均较差,由此推测,臭氧对酸性玫瑰红模拟废水的氧化反应可能主要以直接臭氧染料与染色oVl.43N。顾晓扬03和Fenton试剂化学氧化处理酸性玫瑰红印染废水0026年2月DCOrc去除率(%)径拟股水极拟废水目沼臭氧:染料0000980706050.9图1.!,下】尸丫_厂卜了1.82.73.64.55.4不同pH下色度去除效果臭氧:染料0.91.82.73.64.55.4CODc「去除率(%):蒸厂4030加10臭氧:染料0.00.91,82.73.64.5CODc去除率(%)6050400CU,、伪4图2不同pH下C。。cr去除效果氧化杂葱环为主,具有选择性。而在碱性条件下,以氢氧自由基氧化为主,氧化没有选择性,主要先将比较容易氧化的除油剂和匀染剂氧化为臭氧氧化中间产物,所以色度和CODC,去除效果较差。2.1.2不同臭氧投加量的CODcr、色度去除率在中性和酸性条件下臭氧氧化模拟废水的效果差别不大,所以采用原模拟废水的pH值,分别按照酸性玫瑰红巧mgl/,除油剂132mgl/,匀染剂132mg/l配制模拟废水和酸性玫瑰红30mgl/,除油剂264mgl/,匀染剂264mg/l配制模拟废水。通臭氧氧化,在不同的臭氧比染料值(质量比)下测定各自的色度、CODC「去除率。实验结果见图3和图4。由模拟废水以及模拟废水浓度翻倍的色度和CODcr去除率图可以看到,在臭氧比染料值一定的条件下,模拟废水浓度翻倍以后具有较好的氧化效果重现性。CODCr去除率在臭氧比染料为5.4(臭氧投加量81mg/)L时达到30%左右。色度去除率在臭氧比染料为5.4时达到99%;可以满足色度达标排放标准。图4模拟废水翻倍COcDr去除率比较2.1.3可生化性的改善单独采用化学氧化将该类废水处理到可以达标排放的程度,所需的费用往往过高。如果通过化学氧化将难降解成分分解为易降解成分,从而提高废水的生物降解性,再利用生物处理技术对废水进行处理,有望减少废水的处理费用。本实验依据aZhn一Well-ens试验法!“}来评价废水的好氧生物降解性能,对废水经化学氧化后的生物降解性进行了测定。停留时间(h)20601的140180!色,子剩吸盼业水度去除率(%)’朋比揣`1田{·;二:90刁一臭氧:染料0.91.82.73.64.55.4图3模拟废水翻倍色度去除率比较图S经臭氧处理后生物降解曲线的变化如图5,原废水经过臭氧氧化处理后可生化性都得到提高,原水的7天最终CODcr去除率低于30%。而经过Fenotn氧化预处理的7天最终CODCr去除率达到55%。2.2Fenton试剂氧化处理2.2.1反应影响因素的确定Fenotn试剂实验主要的影响因素是:反应的pH值、H202的投加量、FeZ’的投加量}7}。由大量前期实验数据发现模拟废水的初始pH值对CODc「和色度的去除率影响不大。根据Fenotn试剂的经典反应机理,Fenotn试剂反应适宜的pH值为2一4。通过测定反应以后的pH值,各组初始pH不同的废水反应后的pH都降至3以下,恰好符合Fenton试剂的最佳反应pH值范围。因而得出处理该类废水,Fenton试剂最大的影响因素是HZOZ和FeZ’的投加量。/Z尸/丫J一/8070VoL43No.l染料与染色DYESTUFFS2.2.2最佳FeZ`和H:02投加量的确定FeZ/HZOZ(质量浓度比)对CODCI的去除率影响极大,通过图6实验结果分析,在H202/COI)。浅质量浓度比)大J二0.5的各种情况下,模拟废水的色度去除率均人上99%。而在不同的H:O:/CODC,值卜,都是在}飞2一/日20:为】:川寸,COT)。上去除率最高。从而得出对本实验研究的废水,采用FeZ`/工J202为1:l时最佳。c())cI去除率(%)8.〔)〕ANDCOLORAI几ION第43卷第l期于99%,COD。l去除率47%。2.2.3可生化性的改善经I户enotn试剂处理后生物降解曲线如图8。!弱发水经过FeltT(IJ1试剂氧化预处理后可产}化性同样得到很大的提高,7夫最终CO)Ic去除率从低于30%卜升到75%。由此可见,经过两种化学氧化以后,废水的可生化性都有很大的提高,后续如果采用生化的方法进行处理,比如序批式活性污泥法(S工3R一Sequol,eirlg正3ateh尺eaetor)或者曝气生物滤池(BAr户Biol、)giealAerate(11户ilter),可以预见将大大降低废水的COs)。。C()1)「去除率(%)80〕000:`64,10一eF〕’;片:()1:l1:21:3图6不同Fe“+/HZOZ对CODer去除率的影响确定了FeZ/H:O:的值为1:1,通过测定不同的IJZO:投加量的COD。r去除率,确定较为经济的IJ2O2加人量。实验结果如图7。C()D去除率仍。)比去除率(`卜。)601田140,停留11寸]乍习(12)180图8经「enotn试剂处理后生物降解曲线的变化H202:COD·图7「e,+/日202=1:1时日202投加量对CODer去除率的影响HZOZ投加量对CODCr去除率的影响也很大,随着工1202加人量的增大,CODC去除率不断仁升。由图7可知,在H:02/CODcrJ曾至2:1时,CODcr去除率达到最高64.6%,但HZOZ比去除率(单位HZOZ的CODcr去除率)却逐渐下降。由于HZOZ加人量的增大会导致用药成本的增加,所以需考虑合适的H202投加量。在Fe“’/HZOZ为1:1时,HZOZ投加量在HZOZ/CODe:为0.5时,色度去除率已经达到99%,而且此时的HZO:比去除率最高。所以最佳的HZOZ投加量是HZOZ/COI)Cr为0.5:1。综合以上可得,Fenton试剂预处理的最佳投加量是FeZ/H202为1:1,HZOZ/CODCr为0.5:l。也就是投加药量为375mg/L的FeSO4·7HZO(有效的Fe“`成分为75mg八)和75,ng/L的HZOZ。该条件下色度去除率高3结论与讨论(1)采用03和Fenton试剂进行化学氧化,都可以去除模拟废水的色度,降低COD价和提高可生化性,这两种氧化剂对酸性玫瑰红印染废水的处理都是可行的。(2)臭氧氧化的最佳运行条件是pH一7(原水的pl{),臭氧投力[I量81mg/IJ,废水的COI)c:去除率为30%,色度去除率大于99%。Fenton试剂氧化的最佳运行条件是投加375mg/L的FeSO4·7HZO和75mgI/的H202。该条件下色度去除率高于99%,CODC厂去除率47%。(3)经臭氧和Fenton试剂化学氧化以后的废水可生化性都得到很大的提高,7天CODCr从低于30气,,分别上升到55%和75%,可以预见后续如果采用生化处理,将大大降低废水的CODc「。(4)Fenton试剂处理产生大量的氢氧化铁污泥沉淀需要解决,而且在工程仁随着水质的变化,很难准确把握加人的Fenotn试剂的量。而臭氧不存在沉淀处理的问题,而且在操作上可以通过加人稍微过量的臭氧达到去除污染物的目的。另外随着对臭氧研究的深人以及新型臭氧设备的应用,臭氧的生产成本必下转第(44)页从〕143No.1染料与染色DYESTUFFSAND第43卷第1期visi飞zlelightaetivity{Jl.Chelzl.L改t.,20()4,33:1108一1109【12」Wa眼Jt王n,WeriFu一yu,21飞a叹Zha()一ho眼,ZhangXiang一do一f飞9.Inv巴tigaitorlondegradat加n()f(lye就Uflwasteawterusu议visil)lelightintl祀PreseneeofaxlovelnaonTIO:eatalyst(101又,withuCPonversioxllunlirlc义e俄ea即ntlJI.JournalofPllotoeherllistryandPhotol)101〔)gyA,2005,177:109一1201131Wa眼Jun,WenFu一yu,Zllax讹Zhao一11Ong,Zlla蚁X加r嵘一do一ng.D眼radationofdy叹哎wastewateruslllgviisl习ellghlintllepre王月】ceofanovd朋noTIO:catalysldopeclwithu详。-nverslonlun也犯岌℃nceagerll.JOun贬dofnEvlr0lull曰ltalsc纽ell。粥,2005,17:727一730【14