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氧化再生法处理印染废水实验研究,内蒙古水处理设备,内蒙古纯水机


来源:东北亚水网  作者:内蒙古水处理  日期:2010-05-12 08:54:05

氧化再生法处理印染废水实验研究,内蒙古水处理设备,内蒙古纯水机,内蒙古净水机

摘要:以印染废水为处理对象,以D301大孔树脂为吸附剂,选取次氯酸钠溶液为再生氧化剂,对吸附-氧化再生法处理印染废水的可行性及其影响因素进行了试验研究。结果表明:D301大孔树脂对印染废水有较好的吸附性能,其COD平衡吸附量可达166.2 mg/g;当吸附剂再生时间为20 min时,COD再生率可达83.8%。以D301大 孔树脂为吸附剂、次氯酸钠溶液为再生氧化剂的吸附-氧化再生法处理印染废水具有处理时间短、操作灵活的优势,吸附剂的氧化再生时间短、再生率高,有很好的可行性和良好的应用前景。

  印染废水产生于印染加工中的漂炼、染色、印花、整理等工序,其含有各种染料和助剂,是对环 境产生严重污染的工业废水之一。目前,印染废水 的处理方法有混凝法、化学氧化法、生物法及其组 合工艺。这些方法在处理印染废水时均存在一定的缺陷,例如:混凝法会产生大量的废渣,且单一的 混凝法难以达到排放标准;印染废水的可生化性一 般较差,生物法存在处理时间长、投资较大的不 足;普通的化学氧化法存在浪费化学药剂并可能造成二次污染的缺点,从而也导致化学药剂费用高等问题。吸附法在废水处理领域有着特殊的地位[1-4], 特别是随着大孔树脂的开发,各种吸附树脂应运而 生,采用树脂吸附法处理各种有机废水日益受到世 界各国的重视。目前,人们对吸附法用在处理印染废水方面进行了较广泛而深入的研究。采用的普通 吸附法大都出于回收有用物质的目的,主要用洗脱(以酸、碱、有机溶剂等作洗脱剂)、加热等方法对 吸附剂进行再生[5]。事实上,绝大部分印染废水由 于所含污染物的成分复杂而不适宜回收,或由于回 收成本太高经济上并不可取。对脱附下来的污染物如不进行回收,就需要有一套妥善的处理方法,否 则就会成为新的污染源。因此,吸附法在印染废水 的处理方面就大大地受到了限制。所以,采用将吸 附剂上的污染物直接氧化处理掉的氧化再生方法就尤为重要。吸附-氧化再生法综合了吸附法和化学 氧化法的优点,同时与生物法相比也有着处理时间 短、操作灵活的优势:其将污染物富集在吸附剂上 进行氧化,采取不断循环再生液的工艺,可使用高浓度氧化剂的再生液,这样可大大地加快氧化反应 的速度而无须担心氧化剂的浪费及造成二次污染。 目前,使用吸附-氧化再生法处理染料废水的报道 很少,本文在前期处理单一染料模拟废水的工作基础上[6],对该方法处理实际印染废水进行试验研究。氧化再生法处理印染废水实验研究,内蒙古水处理设备,内蒙古纯水机,内蒙古净水机

  1 材料与方法

  1.1试验仪器和材料

  主要仪器:HH-5型COD测定仪;722S分光 光度计;THZ-82台式恒温振荡器;温度控制仪; PHS-3C精密pH计;玻璃交换柱;RS-1200潜 水泵。

  主要材料与药剂:D301树脂;NKA-II、D81 和X-5树脂;次氯酸钠溶液。

  1.2废水水质

  印染废水取自广西桂林某毛巾厂印染车间的废水排放口。该厂采用的染料主要为活性染料,废水 的污染物指标为:ρ(COD)=379 mg/L、色度为55 倍、pH值为8.94。

  1.3试验方法

  (1)树脂的预处理。树脂用蒸馏水浸泡24 h, 再用无水乙醇浸泡24 h,水洗,再依次用质量分数 5%的HCl溶液和质量分数5%的NaOH溶液洗涤, 再用去离子水洗至中性,烘干备用。

  (2)静态吸附试验。准确称取经预处理的几种 树脂各0.100 g,分别置于锥形瓶中,加入废水200 mL,后于恒温振荡器上以200 r/min的转速振荡, 间隔2 h取样分析,作静态吸附曲线,对吸附树脂进行筛选;对筛选出的树脂,改变废水的pH值, 测出树脂的平衡吸附量,考察pH值对吸附量和处理水质的影响。

  (3)动态吸附试验。将已预处理的湿树脂5 mL(1 BV)装入Φ12×450 mm玻璃吸附柱中,调 节废水的pH值,使废水从高位槽以一定的流速流 过树脂。以5 mL出水样为一个单元收集吸附后的废水,测定其COD值,流出液的COD超过一定值 后停止进水样,作出动态吸附曲线。

  (4)吸附-氧化再生试验。精确称取一定质量的树脂于锥形瓶中,加入一定量的印染废水,使树脂吸附至平衡,用移液管将吸附后的废水吸出,加入次氯酸钠再生液,搅拌反应进行再生。再生后的树脂用静态吸附法再吸附,测出再生树脂的平衡吸附量,计算再生树脂的再生率。氧化再生法处理印染废水实验研究,内蒙古水处理设备,内蒙古纯水机,内蒙古净水机

树脂的平衡吸附量Qe以吸附废水的COD表示,其表达式为: Qe=[ρ(COD0)-ρ(CODe)]V/m    (1)式中:ρ(COD0)———废水初始的COD的质量浓 度,mg/L;
ρ(CODe)———吸附平衡时的COD的质量浓 度,mg/L;
V———废水体积,L;
m———树脂质量,g。

  再生效果以COD再生率RCOD和色度再生率 Rcolor两方面进行评价:

RCOD=Qre/Q0e×100%(2)式中:Qre、Q0e———再生树脂、新树脂的平衡吸附量(COD),mg/g。
Rcolor=Nre/N0e×100%(3)式中:Nre、N0e———再生树脂、新树脂吸附后废水色度的变化,度。

  2 结果与讨论

  2.1吸附树脂的筛选

  图1是D301、NKA-Ⅱ、X-5、D81四种树脂 对印染废水的静态吸附曲线。结果表明,D301大 孔树脂对废水的吸附效果最好,其原因可能与树脂的结构、比表面积、所带功能基等因素有关。所以 选用D301大孔树脂作为废水处理的吸附剂。

 
  2.2废水pH值对吸附处理效果的影响

  用2 mol/L HCl溶液或2 mol/L NaOH溶液调 节废水的pH值,在室温下考察pH值对废水吸附 处理效果的影响。以树脂对废水COD的平衡吸附 量和色度去除率来衡量处理效果,所得结果如表1所示。由表1可知,废水的pH值对平衡吸附量的 影响很大,对色度去除率的影响相对较小,这与处理单一染料模拟废水的情况有所不同[5]。实际印染 废水含的染料不止一种,而且还含有助剂等其他物 质,成分复杂,除染料对COD有贡献外,其他物 质也有。所以会出现pH值对平衡吸附量和色度去 除率影响规律不同的情况。对本研究体系而言,废水的pH值为3.0时,树脂对废水中COD的平衡吸 附量最大。另外,经过吸附后的废水pH值有一定 程度的升高,这是因为D301是弱碱性大孔树脂, 在吸附的同时会有一定的离子交换作用,从而导致 吸附出水pH值比原水上升[7]。氧化再生法处理印染废水实验研究,内蒙古水处理设备,内蒙古纯水机,内蒙古净水机

  2.3动态吸附曲线

调节废水的pH值为3.0,以3、4、5 BV/h的 流量进行动态吸附试验,得到流出曲线如图2所 示。流出液的COD的质量浓度超过100 mg/L时称 为穿透。由图2可以看出,流量越小,穿透点越靠 后,即树脂处理废水量越大。废水的流量为3和4 BV/h时,废水处理量分别达到7和6 BV才穿透,而流量提高到5 BV/h时,废水处理量为4 BV时 即穿透,所以动态流量以不大于4 BV/h为宜。

  2.4各因素对再生率的影响
  2.4.1 pH值

  在再生液的质量浓度为3.14 g/L﹙有效氯含量, 下同)、再生温度20℃和再生时间20 min的条件 下,用2 mol/L的HCl溶液或NaOH溶液调节再生液的pH值,对吸附至平衡的D301树脂进行氧化 再生试验,考察pH值对再生率的影响,得到结果 如图3所示。图3显示,再生液的pH值对色度再 生率影响不大,而对COD再生率的影响却很显著。 当pH值从1逐渐增大时,COD再生率逐渐提高, pH值为5时COD再生率达到最大,之后再生率随 pH值的增大而降低。这是因为次氯酸钠在酸性条件下时,次氯酸发生歧化反应,产生HCl和新生 态氧原子,从而具有强的氧化性,而在碱性条件下 新生态氧原子浓度较低,氧化性就较弱。酸性太强会引起次氯酸钠的快速分解,也会降低新生态氧原 子的平均浓度。

  图3的试验还显示,用COD再生率和色度再 生率评价树脂的再生率有较大的差异,其原因有二:第1个原因与2.2节中pH值对平衡吸附量和色度去除率影响规律不同的原因是类似的,即:废 水中除了染料外还有其它污染物对COD有贡献, 它们被吸附剂吸附后,再生时被氧化去除的速率是 不一样的;第2个原因是染料与其它污染物在氧化再生过程中生成了一些中间产物,这些中间产物仍 在吸附剂上,其对染料的吸附影响较弱,而对其它 污染物的吸附影响较大。

 
  2.4.2再生液浓度

  调节再生液的pH值为5.0,取反应时间和温度分别为20 min和20℃,改变再生液的浓度,对 吸附了废水中污染物并至平衡的D301树脂进行氧 化再生试验,得到再生率与再生液浓度的关系如图 4所示。图4表明:①COD再生率随再生液浓度 的增加而升高,当再生液的的质量浓度低于3.14 g/L时,COD再生率随浓度的增加变化显著,再生液的质量浓度高于3.14 g/L时,COD再生率的增 加变得平缓;②在再生液的试验浓度范围内,色度再生率随再生液的浓度变化不显著。综合上述情况,可选取再生液的适宜的质量浓度为3.14 g/L。

  2.4.3温度

  在再生液有效氯的质量浓度为3.14 g/L、pH= 5.0和再生时间20 min的条件下,改变再生温度,对吸附至平衡的D301树脂进行氧化再生试验,考 察温度对再生率的影响,结果如图5所示。图5表明,COD再生率和色度再生率均随温度的升高而降低,但COD再生率随温度的升高下降快(温度由20℃上升到60℃时,COD再生率由83.8%下降到62.1%),而色度再生率随温度的升高下降的幅度很小。造成这种现象的原因是次氯酸钠随着温度的升高分解速率加快,引起再生液中有效氯含量降低。故实际应用中可在常温下进行再生,提高再生温度是没有意义的。氧化再生法处理印染废水实验研究,内蒙古水处理设备,内蒙古纯水机,内蒙古净水机

 
  2.4.4再生时间

  改变反应时间,在再生液有效氯的质量浓度为 3.14 g/L、pH=5.0、再生温度20℃的条件下进行氧化再生试验,考察再生时间对D301树脂再生率 的影响,得到结果如图6所示。

  从图6可看到,COD再生率和色度再生率均 随再生时间的增加而增大,但COD再生率随再生 时间的增加变化幅度较大,而色度再生率随再生时 间的增加变化幅度很小。当再生时间为20 min时, COD再生率可达83.8%,再生时间超过20 min后, 再生时间对COD再生率的影响变得不显著,可选 取20 min作为适宜的再生时间。

  3 结语

  (1)D301大孔树脂对印染废水有较好的吸附 性能,其COD平衡吸附量可达166.2 mg/g。动态 吸附试验表明,流量以不大于4 BV/h为好,在保 证COD的质量浓度不超过100 mg/L的条件下,4 BV/h的流量时单位体积的吸附床一次可处理废水的量可达6个吸附床体积以上。

  (2)以次氯酸钠溶液为再生氧化剂的再生试验 结果表明,再生率随再生液浓度、再生时间的增加 而提高,随再生温度的升高而下降,随pH值的增加呈先增后减的变化规律,pH值为5时再生率达 到最大。综合考虑影响再生率的因素及影响规律, 可确定适宜的再生条件为:次氯酸钠的有效氯质量 浓度为3.14 g/L、pH值为5、常温、再生时间20 min,在该条件下色度再生率达100%、COD再生 率可达83.8%。

  (3)以D301大孔树脂为吸附剂、次氯酸钠溶 液为再生氧化剂的吸附-氧化再生法处理印染废水有很好的可行性,其处理时间短、操作灵活,是一 种有良好应用前景的方法。

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