CN102198970A

CN102198970A - 一种微波辅助过硫酸钾及还原性铁粉处理偶氮染料废水的方法

Info

Publication number: CN102198970A
Application number: CN2011101014544A
Authority: CN
Inventors: 张化永; 王芳; 田永兰; 张木兰; 陈中山; 徐丹; 吴文思; 张璐怡
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2011-09-28

Abstract

本发明提供一种高级氧化技术处理偶氮染料废水的方法。其特征在于向染料废水中投加一定的过硫酸钾及还原性铁粉，在微波辅助作用下，在一定的功率和反应温度下进行偶氮染料的降解。本发明中微波与氧化剂的协同作用显著提高了反应效率及氧化剂的利用效率，且有效避免由亚铁离子引起的出水色度较高的问题，简化了操作步骤，降低了运行成本，提高了处理效果。这一技术可应用在染料工业废水的治理中。

Description

一种微波辅助过硫酸钾及还原性铁粉处理偶氮染料废水的方法

技术领域

本发明涉及一种微波辅助过硫酸钾及还原性铁粉处理偶氮染料废水的方法，属于印染工业废水的高级氧化技术领域。

背景技术

随着染料生产及印染工业的快速发展，每年有大量的工业染料废水排入水体，由于这类废水具有色度深、有机污染物浓度高、生物毒性大、难生物降解、抗氧化性强等特点，用常规的方法难以将其处理，给环境带来了严重污染。构成污染的有机染料中80%为偶氮染料，并且大量动物实验表明偶氮化合物具有致癌性。偶氮染料废水的治理难点包括以下几点：（1）色度大，由于在印染工业中添加了大量的染化剂，使得未转移到织物上的部分染化剂存留在水中，导致废水色度变大。较高的色度能够阻挡太阳光进入水体，从而阻碍水生植物的光合作用，也能够抑制水体中微生物的生长，造成水体的腐败。（2）COD浓度高，一般的处理方法对染料废水的矿化度较低，废水中仍然含有较高浓度的COD，严重消耗了水体中的溶解氧，造成水体生态环境的严重退化。（3）成份复杂，随着染料工业的发展，染料的种类越来越繁多，并朝着抗光解、抗氧化、抗生物降解的方向发展，使得染料结构本身具有一定的复杂性。又因为偶氮染料的生产工艺较长，生成过程中形成较多中间产物，中间产物性质尚不明确，使得废水组成更加复杂，给治理带来非常大的困难。（4）投资大，染料废水的处理设备及处理剂的成本高，使得大规模高效处理染料废水难以实施。针对偶氮染料的高生物毒性、难降解性及生产成本高等难题，探索投资少，处理效率高又可以达到排放标准的处理工艺是目前染料制造业和印染行业迫切需要解决的问题。

目前，染料工业废水在处理技术上大体可分为生物处理、物理处理、化学氧化处理以及近年发展起来的各种高级氧化技术处理。

生物处理法的特点是成本较低、处理能力较大和工艺流程简单、可操控性强，因此，生物处理法是在废水处理中应用范围最广的方法。但也存在一些问题 (CN: 101654314A)，如进入生物处理工艺之前，需要对浓度较高的染料废水进行一定的稀释，浓度较高的污染废水对微生物的生长有严重的抑制作用，这给大规模使用生物法处理高浓度染料废水带来了一定的局限性。吸附法和膜技术是属于物理法处理偶氮染料废水，表现出了一定的优越性，是目前印染废水工业处理中应用较广的两种方法。膨润土对染料废水的吸附效果较好 (CN: 1843951A），但是探索高效吸附剂的研究较少，一般的吸附材料成本高，并且吸附剂再生困难、再生费用高昂，使它的大规模使用受到了限制；膜分离法的分离效果比较高，工艺简单，操作方便且能耗低，但有投资较高，必须配有专门的配套设备，膜易结垢堵塞等缺点。混凝法是化学法的一种，对染料废水的处理效果较好 (CN: 1139075A)，但主要去除非水溶性污染物、大分子物质以及可以在水中形成聚集体的染料。

近年来，高级氧化技术与微波工艺的耦合，由于具有氧化能力强 (CN: 101306865A)、处理效率高 (CN:101372368A)等优点越来越受到人们关注。同其他工艺相比，在相同的染料废水COD去除率下，能够消耗较少的氧化剂，催化剂和酸，从而减少污泥产量，降低操作成本。此种工艺的提出，使得有机物污染废水的处理效率得到了明显的改善，但是由于催化剂亚铁离子的不可回收利用大大限制了此种工艺的大规模推广使用，过量的亚铁离子还会造成出水的色度偏高，增加后续处理难度，使得这种工艺操作较为繁琐，难于控制。因此，用还原性铁粉代替亚铁离子的催化作用具有较好的应用前景，而利用微波辅助下的过硫酸钾及还原性铁粉处理偶氮染料废水的研究至今未见报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种微波辅助过硫酸钾及还原性铁粉处理偶氮染料废水的方法。具体的说，就是向偶氮染料废水中投加一定的过硫酸钾及还原性铁粉之后，在反应装置中立即开启磁力转子及微波，在某一恒定功率和某一恒定温度下进行催化脱色反应。

本发明中所使用的装置为由两个系统组成：反应系统和冷凝系统。反应系统由微波发生器与反应器组成，微波发生器的功率连续可调。反应器一端连接可精确测温的温度传感器，一端连接冷凝系统。

本发明所述的废水pH值范围为1.0~13.0，K₂S₂O₈浓度范围为2.5~50.0mg/L，还原性铁粉投加量为1.0~15.0mg/L，反应温度为30~90^oC，微波辐射频率为2450MHZ，辐射功率为300W~800W，染料初始浓度为20~5000mg/L，反应时间5~30min。

本发明所述废水的pH值由硫酸溶液及氢氧化钠溶液调节。

本发明所述的偶氮染料包括具有偶氮基结构的所有染料，包括单偶氮染料，双偶氮染料及多偶氮染料。

本发明所述的过硫酸钾可以为：过硫酸钾溶液或过硫酸钾粉末。

本发明利用微波与氧化剂的协同作用对偶氮染料进行快速降解，由于微波的热效应，促进了硫酸自由基的产生，使得反应速率大大提高，提高了氧化剂的利用效率；微波的非热效应降低了染料发生降解反应所需要的活化能，提高了反应活性。本发明处理效率高且有效避免由亚铁离子引起的出水色度较高的问题，简化了操作步骤，降低了运行成本，提高了处理效果。

附图说明

图1 实验装置示意图（1，温度传感器；2，磁力搅拌转子；3，三口烧瓶；4，微波反应器；5，控制面板；6，进水口；7，蛇形回流冷凝管；8，出水口）。

图2最佳最佳条件下甲基橙脱色率及COD去除率图。最佳最佳条件下甲基橙脱色率及COD去除率随时间变化曲线 (C_MO=100mg/L, T=60^oC, K₂S₂O₈投加量=12.0mg/L, C_Fe ⁰=3.6mg/L, MW功率=500W)

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明方法详细说明。

实施例1 微波辅助过硫酸钾及还原性铁粉处理偶氮染料废水的实验装置

反应系统由北京祥鹄公司生产的X-100微波萃取消解仪与500ml的三口烧瓶组成，微波萃取消解仪的功率可调范围50W~850W，连续可调，微波频率为2450MHz。500ml的三口烧瓶分别连接温度传感器，蛇形回流冷凝管及一个密封塞子。

实施例2 微波辅助过硫酸钾及还原性铁粉的甲基橙的去除效果

本实施例中的染料废水采用100mg/L的甲基橙模拟染料废水，废水中无氯离子存在。废水自然pH值条件下，反应体系温度为60^oC，K₂S₂O₈投加量为12.0mg/L，还原性铁粉投加量为3.6mg/L，微波功率为500W，反应时间8min后，甲基橙的脱色率达到99.6%，COD去除率达到84.4%。

Claims

1.本发明提供一种高级氧化技术处理偶氮染料废水的方法，其特征在于向染料废水中投加一定的过硫酸钾及还原性铁粉，在微波辅助作用下，在一定的功率和反应温度下进行偶氮染料的降解。

2.根据权利要求1所述的偶氮染料废水处理的高级氧化方法，其特征在于废水pH值范围为1.0~13.0，K₂S₂O₈浓度范围为2.5~50.0mg/L，还原性铁粉投加量为1.0~15.0mg/L，反应温度为30~90^oC，微波辐射频率为2450MHZ，辐射功率为300W~800W，染料初始浓度为20~5000mg/L，反应时间5~30min。

3.本发明所述废水的pH值由硫酸溶液及氢氧化钠溶液调节。

4.根据权利要求1所述的偶氮染料包括具有偶氮基结构的所有染料，包括单偶氮染料，双偶氮染料及多偶氮染料。

5.根据权利要求1所述的过硫酸钾可以为：过硫酸钾溶液或过硫酸钾粉末。