臭氧活化剂STH在活性染色废水中的应用.doc

臭氧活化剂STH在活性染色废水中的应用
2012-06-14 来源: 陈　松1,蒲宗耀1,郑庆康2,罗灯洪2  点击次数：423  
 摘　要:研究了在臭氧氧化活性染料染色废水过程中酰胺类活化剂STH的活化作用,考察了活化剂STH及反应时间对脱色率、COD值和溶液pH值的影响。试验表明,活化剂STH可以提高臭氧氧化脱色的效率,也能在一定程度上提高COD去除率,缩短反应时间。
关键词:染色;废水处理;活性染料;臭氧;活化剂
Application of an activator STH for ozone oxidation to reactive dyeing effluents
CHEN Song1, PU Zong-yao1, ZHENG Qing-kang2,LUO Deng-hong2
(1.Sichuan Textile ScientificResearch Institute, Chengdu610072, China;2.Sichuan University, Chengdu610017, China)
Abstract:Activation of STH on ozone oxidation of reactive dyeing effluentswas studied. Influences of STH and reaction tmie on the decoloration rate, COD and pH value were investigated. The results showed that the activator STH could promote the decoloration efficiency and COD removal rate, shorten the reaction tmie.
Key words:dyeing; wastewater treatment; reactive dyes; ozone; activator
臭氧具有极强的氧化性,能将染色废水氧化成无色溶液,且对环境没有二次污染。但臭氧溶解度小,分解率高,稳定性差,损耗大,这是造成臭氧利用率低的原因之一,已成为臭氧清洁化脱色应用的瓶颈。
在臭氧氧化过程中引入活化剂,不但可以提高臭氧脱色的效率,还能在一定程度上提高COD去除率。本试验采用酰胺类活化剂STH以催化活性染料染色废水的臭氧氧化,考察其对处理染色废水脱色率和COD值等影响。
1　试验部分
1.1　药品、仪器
药品　活性黄3RS染料(取自印染厂染化车间),活化剂STH(四川益欣精细化工有限责任公司)。
仪器　CF-98-10臭氧发生器(江苏省海门市康达臭氧净环保设备厂,设备参数:电源电压220V,臭氧产量10 g/h,臭氧浓度50 mg/h,氧气输入量160 L/h,氧气输入压0. 05~0. 10 mPa,功率150W),氧气瓶及减压阀(成都拓展气体公司),臭氧反应器(吸收瓶、冷凝管改制),GDYS-20恒温消解器(长春吉大小天鹅仪器有限公 司),PHS-25 pH测试计(上海精科雷磁公司),723分光光度计(上海精密科学仪器公司), 7502型红外快速干燥器(江苏电器二厂)等。
1.2　试验方法
试验装置如图1所示。分别吸取100 mg/L和300 mg/L的活性黄3RS染液100 mL于250 mL烧杯中,加入50 mg/L活化剂,用稀碱液调节pH值至9,置于反应塔中,开启氧气瓶,调节流量1. 5 L/min,待臭氧输出稳定后打开三通阀通入反应塔中反应一定时间,测定脱色后染液的吸光度、pH值及COD值。

1.3　检测方法
1. 3. 1　臭氧输出浓度
在500 mL洗气瓶中,加入20%KI溶液10 mL,以蒸馏水稀释到250 mL,通入2 L O3,在溶液中加5 mL3 mol/LH2SO4酸化,以0. 1 mol/L Na2S2O3滴定至淡黄色,再加1mL淀粉指示剂至呈紫褐色,以0. 1mol/L
Na2S2O3溶液滴至无色为止,记录耗用体积VNa2S2O3,并
按式(1)计算O3浓度/(mg/L):

式中:NNa2S2O3———Na2S2O3溶液的摩尔浓度,mol/L;
VNa2S2O3———Na2S2O3溶液的消耗量,mL。
1. 3. 2　O3利用率
以通入反应液的臭氧量及尾气吸收的臭氧量,按式(2)计算O3利用率/%:

式中:Gi———通入反应液的臭氧量,mg/L;
G0———尾气臭氧量,mg/L。
1. 3. 3　脱色率
用723型分光光度计分别测试印染废水臭氧处理前后在最大吸收波长处的吸光度A0和A1,式(3)计算脱色率/%:

式中:A0———臭氧处理前的吸光度×稀释倍数;
A1———臭氧处理后的吸光度×稀释倍数。
1. 3. 4　COD值
采用改进的重铬酸钾快速消解法[1],测定印染废水的COD值。
2　结果与讨论
2. 1　活化剂STH及反应时间对脱色率的影响
采用臭氧对活性黄3RS染液进行处理,测试了活化剂STH加入前后以及不同反应时间下脱色率的变化,结果见表1。

　　从表1可知,随着臭氧氧化反应的进行,染液颜色逐渐变浅,脱色率不断提高,最后染液接近无色,说明染料的发色体系已逐渐被氧化破坏分解。这是因为臭氧是强氧化剂,可以氧化活性染料,使染料分子中的共轭发色体系被破坏而失去发色能力。若染料被进一步氧化,则生成低分子量的醛与有机酸等[2]。
用臭氧氧化100 mg/L活性染液时,加入活化剂STH后,仅10 s后脱色率迅速上升到35. 11%, 50 s后脱色率为93. 09%, 70 s达到97. 09%。而未加活化剂的对照样10 s后的脱色率为7. 30%, 30 s后才升到41. 56%, 70 s后的脱色率为91. 75%。试验说明,活化剂STH能加速臭氧氧化分解活性染料。
用臭氧氧化300 mg/L活性染液时,臭氧脱色率达到90%以上所需的时间增加。这是因为由于活性染料浓度增大,需要臭氧氧化的物质增加,反应完全所需的时间增加。染液中 加入活化剂STH后,染液的脱色率仍比同等条件下的对照样要高,说明活化剂STH在活性染料浓度提高后,仍然能提高臭氧氧化效率。
这是因为在臭氧环境下,活化剂通过吸收和保存溶液中过快生成的大量自由基和氧气,转化成过酸而缓释出原子态氧,间接参与了氧化反应,从而减缓了臭氧无效分解和氧气逸出,使臭氧的作用持续性更久,提高了臭氧利用率。
2. 2　活化剂STH对COD的影响
在臭氧氧化活性染液中,加入活化剂STH前后COD降解率的变化,结果见表2。
　　由表2知,随着反应时间的延长,COD降解率逐渐上升,说明臭氧已逐步将活性染料分子分解为小分子物质,但总体而言, COD降解率上升比较缓慢, 90s时100mg/L染液的COD才降解1/3左右,与脱色率相比低了很多,说明臭氧或臭氧+活化剂STH体系能迅速破坏发色基团,但对整个有机分子消除却比较困难。
2. 3　活化剂STH对pH值的影响
在臭氧氧化活性染液时,活化剂STH的加入对溶液pH值的影响见表3。

由表3可以看出,在臭氧脱色过程中,活性染液的pH值均随反应时间的延长而降低,最终样品溶液的pH值约为7. 7。这是因为在反应过程中,活性染料被氧化成有机酸而致。
　　添加活化剂STH后,溶液的pH值明显低于对照样,下降速率也较快。一方面可能是因为添加活化剂STH催化了臭氧的氧化,活性染料分子被破坏降解的程度更高,产生的酸性物质更多;另一方面则因为活化剂分子中的酰胺被氧化形成过酸,增加了溶液的酸性。
2.4　活化剂对臭氧利用率的影响
活化剂对臭氧利用率的影响见表4。
表 4中,不加活化剂时,初始阶段臭氧的利用率较高,前20 s内臭氧基本上能够实现100%利用,说明臭氧的氧化能力极强,短时间内即可完全反应。但臭氧的稳定性较差,随着反应时间的延长,臭氧利用率逐渐下降,这 除了与臭氧分解率较高有关外,还与臭氧在溶液中的溶解度有限有关。在溶液中臭氧量饱和后,过量的臭氧不能被溶液吸收而随尾气排出。
加入活化剂STH后,臭氧氧化反应30~90 s,臭氧利用率比对照样提高5% ~8%, 90 s后利用率仍有25. 98%。这说明活化剂STH的加入,有助于减缓臭氧无效分解和氧气逸出,提高臭氧利用率。
3　结论
在活性染料的臭氧氧化过程中添加适量活化剂,可以减缓臭氧无效分解和氧气逸出,使臭氧作用更持久,提高了臭氧利用率。活化剂自身能形成过酸,间接参与氧化反应,与单一臭氧氧化脱色相比,活化剂可以提高臭氧氧化脱色的效率,还能在一定程度上提高COD去除率,缩短反应时间。
致谢:本实验得到了吴晋川、廖正科等同事的帮助,在此表示感谢。
参考文献:
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