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随着国民经济的快速发展,我国的印染业也进入了高速发展期,设备和技术水平明显提升,生产工艺和设备不断更新换代,印染企业尤其是民营印染企业发展十分迅速。随着染料和印染工业的迅猛发展,染料的种类和数量不断增加,用于染料生产和应用的染料废水的成分也随着工艺和技术的变化越来越复杂。目前,生产用的染料绝大部分为人工合成的化学染料,它们是芳香族化合物,结构复杂、难降解、具有潜在毒性。染料废水由于染料的特殊性质不仅有机物含量高,生化性差,COD高,BOD/COD低,而且色度高,成分复杂,有毒性,这种废水如果直接排放,会对环境造成严重污染,并可能通过食物链直接或间接影响人们的身体健康。传统的印染工艺不可避免地要产生大量有害的废水,为此要从进行无水印染、闭路印染、开发环保助剂、环保染料等方面做研究。但是传统的印染形式将在一定时期内存在,因此如何运用各种处理方法来加强染料废水的处理是十分重要的。
各种染料废水的处理方法都具有自身的优缺点,再加上各个印染厂工艺的差异和染料废水水质的复杂性,单一的一种处理方法很难达到理想的处理效果。因此,开发经济有效的染料废水处理技术,减轻对环境的污染、提高水资源的重复利用率,一直是环保行业关注的课题。染料废水的处理除去除色度外还包括对有机物的去除等多项指标。因此在实际工程中应根据具体的条件和要求,从可行性和经济性两方面出发,进行科学地选择,合理地组合工艺,才能达到理想的效果。目前国内大多是采用的是生化为主体的物化一生化组合方式,色度的去除一般以物化为主,有机物的去除则是以生物法为主。而在物化处理法中,铁内电解法以其运行费用低、脱色效果好近年来在印染废水预脱色法中被逐渐受到重视。
铁内电解法是一种能够使各种工业废水得到净化的新方法。这种方法综合利用了氧化还原、絮凝沉淀、电化学附集、吸附和电场效应等作用。相比于传统的工业废水处理方法,简单的工艺流程,简便的运行操作,易于推广、定型化以及设备制造工业化,使得国内外学者对铁内电解法的研究越来越多。很多专利和实用技术成果已被相继提出。最近几年,工业废水的内电解法处理发展得十分迅猛,在印染、石油化工、电镀、印刷电路板生产等工业废水和含砷、氟废水的处理工程中得到广泛应用,并且这种方法带来了良好的经济效益和环保效益。
本文在室内实验基础上,对内电解法处理染料废水进行条件实验,研究铁屑脱色的能力,COD的去除效果及反应动力学,初步探讨了反应机理。并且为了便于应用推广做了催化效果强化及曝气实验,提高了处理效率。
通过批实验考查了铁屑投加量、铁屑粒径、pH值、反应时间、振荡速度等因素对处理染料废水脱色及降解COD效果的影响,得到了该反应的最佳反应条件。对实验数据分别按照零级、一级、二级反应动力学进行了拟合。拟合结果为用一级反应动力学方程拟合铁屑内电解反应过程动力学线性相关性最好。
通过催化内电解反应正交实验得出,在铁屑中加入铜片,可以有效提高整个反应体系的反应效率,各反应因素的影响大小依次为:反应时间>Fe投加量>pH值>Fe/Cu质量比。pH值对脱色率的影响在一定范围内大致是pH值越低,脱色效果越好。但是如果pH值太低,在反应过程中不利于Fe(OH)x絮体的生成,从而抑制了絮凝作用的发挥,此时溶出的Fe2+,Fe3+增多,影响出水色度。实验废水经过曝气催化内电解处理后,pH值有明显的上升,而在不曝气状态下,pH值的上升较为平缓。分析认为,pH值上升的主要原因是由于曝气作用所引起的,溶解氧在得到电子的同时与水相结合生成了氢氧根离子。而在中偏碱性条件下,铁的腐蚀消耗对溶液pH值的变化影响不大。而且pH值的这一变化,也使得絮凝作用突显,生成的絮体明显多于无曝气状态,且沉降速度较快。
内电解法处理染料废水是多种物理和化学作用的结果,为了确定废水脱色是由于发色基团被破坏而不是被絮凝沉淀的结果,对处理前的染料废水进行高速离心,结果没有任何沉淀生成,表明染料分子是完全溶于水的。对最佳条件下的染料废水进行紫外可见光扫描,从扫描图中可以看出,与反应前相比,苯环和萘环的两个吸收峰还可以看到,而另外两个发色基团的强吸收峰几乎完全消失了,红色也基本消除,这说明了染料的发色基团偶氮双键被打开,生成了苯和萘的相关衍生物。