CN102491450A - 一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法,属于染料废水处理领域。其步骤为:A)加入乙酰丙酮至含染料水体,搅拌混匀;B)将步骤A)中的含染料水体置于紫外光源下辐照,至染料脱色本。本发明以紫外光引发的自由基反应为基础,提供了一种水体中高浓度染料的氧化脱色方法。经本发明处理后含染料水体可完全脱色,在氧化过程中水体中的染料起光敏剂的作用,且随氧化反应的进行染料脱色具有自加速的特点。经该技术处理的水体可生化性由初始的5天生化需氧量(BOD5)对化学耗氧量(COD)比值低于0.1提高至BOD5/COD>0.3,因此除可实现染料的高效脱色外,本发明亦可作为微生物处理工艺的预处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用紫外光和氧化处理染料废水的方法,具体的说,是一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法。
背景技术
高级氧化技术是20世纪80年代发展起来的处理废水中有毒有害高浓度污染物的新技术。它的特点是通过反应把氧化性很强的羟基自由基释放出来,将大多数有机污染物矿化或有效分解,甚至彻底地转化为无害的小分子无机物。根据所用氧化剂及催化条件的不同,高级氧化技术通常可分为六大类:(1)化学氧化法;(2)化学催化氧化法;(3)湿式氧化法;(4)超临界水氧化法;(5)光化学氧化法和光化学催化氧化法;(6)电化学氧化还原法。其中光化学氧化法的反应条件温和、氧化能力强、适用范围广,利用该法处理难降解有机污染物已成为国内外的研究热点。目前研究较多的是非均相光催化氧化法和均相光氧化法两大类。对于非均相光催化氧化法,目前研究较多的半导体光催化氧化法,该法几乎可使水中所有的有机物降解。与非均相光催化氧化法相比,加入O3、H2O2、Fenton试剂等氧化剂与光一起作用的均相光氧化法,其氧化能力和光解速率都远远超过单纯的半导体光催化氧化法,是一种十分简便的废水处理技术,日益受到环保工作者的重视,国内外已有许多相关研究报道(U.S. patent 4012321, U.S. patent 6555835, WO patent 93/08129,中国专利200910020021.9)。
印染废水含有大量的有机物和盐份,具有化学含氧量(COD)高、色泽深、酸碱性强等特点,一直是废水处理中的难题。常用的几种均相光氧化方法,例如 UV/O3、UV/H2O2、UV/Fenton等技术对印染废水有一定的处理能力,但是受许多因素的制约,可行性较差。譬如,O3需现场制取,初期建造成本和运行费用高,且存在气-液传质问题,效率较低。Fenton反应会产生大量的金属氧化物泥渣造成二次污染,而且往往不能使水体完全脱色。UV/H2O2方法较前两种方法具有操作运行简便、易于维护等优点,但是受水体中共存物质影响严重,反应选择性差,试剂消耗量大,运行成本高。
乙酰丙酮是一个具有烯醇式和酮式互变异构体的小分子双酮化合物,在催化剂和助催化剂方面,用作氧气氧化促进剂、石油裂解及加氢催化剂、异构化催化剂、低级烯烃的聚合等。乙酰丙酮的烯醇式在紫外区有较强的吸光截面,在气相中经紫外光照射可产生氢氧自由基。它的液相光化学迄今为止未有报道。
发明内容
1、本发明要解决的技术问题
针对现有的染料废水的处理方法普遍存在的反应选择性差,试剂消耗量大,运行成本高等问题,本发明提供了一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法,可应用于印染废水和受染料污染水体的处理,能够使染料在紫外光的照射下快速脱色,达到染料废水处理的目的。
2、技术方案
本发明原理:基于高级氧化技术的基本原理,结合乙酰丙酮数十倍于H2O2的吸收紫外光的能力(乙酰丙酮在275 nm处的摩尔消光系数为1800 M-1 cm-1,H2O2在254 nm处的摩尔消光系数为20 M-1 cm-1)以及出色的螯合性能等特点,利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水。
技术方案为:
一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法,其步骤为:
A) 加入乙酰丙酮至含染料水体,搅拌混匀;
B) 将步骤A)中的含染料水体置于紫外光源下辐照,至染料脱色。
其中步骤A之前需要将含染料水体过滤,除去其中的悬浮物。步骤A中含染料水体中染料的含量在0.5 mM以下,水体pH在9.0以下。步骤A中染料和乙酰丙酮的摩尔浓度比为1:2 - 1:5,于5-40℃在0.1-10 mW/cm2的辐照场内照射0.5 - 4 h,可使染料溶液的脱色率高于99%。
步骤B中的紫外光源可为任何能够发射紫外线的汞灯或黑光灯。步骤B的操作温度为5~40℃。步骤B中照射时间与染料的浓度、乙酰丙酮的用量和紫外光源发射光谱的强度有关。
3、有益效果
本发明公开了以一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法,本发明可使染料在紫外光的照射下快速脱色,且随着反应的进行,脱色速率加快,经脱色处理的水体可生化性提高,因此除可实现染料的脱色外,亦可作微生物处理工艺的预处理;
本发明可广泛应用于印染废水和受染料污染水体的处理。能够在共存有机物的摩尔浓度高于染料时,仍能够使染料在紫外光的照射下快速脱色,且随着反应的进行,脱色速率加快,经脱色处理的水体其可生化性由初始的BOD5/COD < 0.1提高至BOD5/COD > 0.3,因此除可实现染料的脱色外,亦可作微生物处理工艺的预处理;
本发明所采用的乙酰丙酮,性质相对光化学氧化中常用的双氧水较为稳定,易于运输、贮存;
本发明方法具有UV/H2O2方法的所有优点,例如操作运行简便、易于维护等,又克服了UV/H2O2方法中的不足。本发明方法对水体中共存有机物和无机盐的耐受性强、需要投加的试剂量低,脱色效率高、运行成本低,可广泛应用于印染废水和受染料污染水体的处理。
附图说明
图1是本发明实施例所用旋转光化学反应器的示意图;
图2是本发明实施例所用简易紫外辐照装置的示意图;
图3是本发明实施例高浓染料废水的紫外光氧化-生物处理联用工艺示意图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1:
将25 ml含0.2 mM橙黄II和0.5 mM乙酰丙酮的水溶液装入内径为2 cm的石英试管1-a,将25 ml含0.2 mM橙黄II和0.5 mM H2O2的水溶液装入内径为2 cm的石英试管1-b,将石英试管1以平行于300 W中压汞灯2轴向方向的位置放置,汞灯2置于冷却水夹套3中,石英管1距汞灯2的距离为6 cm。开启汞灯2预热5分钟,石英管1接受的辐照光强在365 nm处为4 mW/cm2,除去汞灯2与石英管1之间的遮光罩4,石英管1绕汞灯2公转和自转,于25℃照射1 h后石英管1-a中的溶液彻底脱色,石英管1-b中的溶液脱色率仅为32%。该实施例说明UV/乙酰丙酮方法较UV/H2O2方法具有更高的脱色效率。
辐照装置请参阅图1。
实施例2:
辐照装置及溶液组成同实施例1,改变溶液温度在5-40℃区间,石英管I中的溶液脱色率维持在高于99%的水平。
实施例3:
辐照装置及辐照条件同实施例1,石英管1-a和1-b中分别加入0.2 mM的乙醇,石英管1-a (UV/乙酰丙酮体系)中的溶液脱色率基本不变。石英管1-b (UV/H2O2对照组)中的溶液脱色率降低33%。该实施例说明UV/乙酰丙酮方法较UV/H2O2方法具有更强的抗有机物干扰的能力。
实施例4:
辐照装置及溶液组成同实施例1,将石英管1-a和1-b置于辐照场内,每5分钟取一样品做动力学分析。在上述条件下,UV/乙酰丙酮体系中橙黄II的准一级脱色速率常数在前45分钟内为UV/H2O2体系的5倍,辐照45分钟之后UV/乙酰丙酮体系中脱色速率较初期提高5倍,而UV/H2O2体系中染料的降解速率常数在整个辐照过程中没有变化。
实施例5:
辐照装置及辐照条件同实施例1,石英管1-c中溶液为25 ml含0.2 mM橙黄II和1 mM 乙酰丙酮的水溶液,石英管1-d中溶液为25 ml含0.2 mM橙黄II和0.05 g/L P25 TiO2的水溶液,辐照2小时后,石英管1-c中溶液的脱色率为100%,石英管1-d中溶液的脱色率为45%。
实施例6:
将90 ml含0.15 mM橙黄II和0.09 g/L乙酰丙酮的水溶液装入内径为5 cm的玻璃烧杯5-a中,将90 ml含0.15 mM橙黄II和0.50 g/L P25 TiO2的水溶液装入内径为5 cm的玻璃烧杯5-b,将烧杯5-a和5-b置于磁力搅拌器6上搅拌,在其上方垂直距离为15 cm处安装一30 W低压汞灯7,烧杯中溶液所受辐照光强在254 nm处为0.3 mW/cm2,开启低压汞灯7,于25℃照射上述两溶液,100分钟后烧杯5-a中溶液的脱色率为98%,烧杯5-b中溶液的脱色率为95%。该实施例所用辐照装置请参阅图2。
实施例7:
将90 ml含0.5 mM橙黄II和1mM乙酰丙酮的水溶液装入玻璃培养皿中,液层厚度为2cm,在其上方垂直距离为5cm处安装一1000 W高压汞灯,溶液所受辐照光强在365 nm处为10 mW/cm2,开启高压汞灯,于25℃照射上述溶液,3小时候后溶液的脱色率为98%。
实施例8:
辐照装置及辐照条件同实施例1,但是溶液组成为0.12 mM的刚果红和0.3 mM的乙酰丙酮,辐照2 h后溶液的脱色率达75%,同等条件下UV/H2O2体系的脱色率为40%。
实施例9:
辐照装置及辐照条件同实施例1,但是溶液组成为0.12 mM的甲基橙和0.5 mM的乙酰丙酮,辐照4 h后溶液的脱色率达93%,同等条件下UV/H2O2体系的脱色率为46%。
实施例10:
辐照装置及辐照条件同实施例1,但是溶液组成为0.03 mM的亚甲基蓝和0.3 mM的乙酰丙酮,辐照2 h后溶液的脱色率为97%,同等条件下UV/H2O2体系的脱色率为94%。
实施例11:
辐照装置及辐照条件同实施例1,但是溶液组成为0.03 mM的罗丹明B和0.3 mM的乙酰丙酮,辐照2 h后溶液的脱色率为92%,同等条件下UV/H2O2体系的脱色率为92%。
实施例12:
辐照装置及辐照条件同实施例1,但是溶液为稀释5倍后的蒽醌染料废水加入乙酰丙酮使其浓度为1 mM,该废水的COD为5000 mg/L,pH = 8.3。辐照2 h后该染料废水的脱色率为77%,同等条件下UV/H2O2体系的脱色率仅为19%。
图3为本发明所述技术与传统生物处理相结合的工艺流程示意图,其中的AA为乙酰丙酮。
Claims (6)
1.一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法,其特征在于,其步骤为:
A)加入乙酰丙酮至含染料水体,搅拌混匀;
B)将步骤A)中的含染料水体置于紫外光源下辐照,至染料脱色。
2.根据权利要求1所述的一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法,其特征在于步骤A中含染料水体中染料的含量在0.5 mM以下,水体pH在9.0以下。
3.根据权利要求2所述的一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法,其特征在于步骤A中乙酰丙酮加入染料水体后的摩尔浓度为0.3 ~1mM。
4.根据权利要求2或3所述的一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法,其特征在于步骤B于5-40℃在0.1-10 mW/cm2的辐照场内照射0.5 - 4 h。
5.根据权利要求2或3所述的一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法,其特征在于步骤B中的紫外光源为任何能够发射紫外线的汞灯或黑光灯。
6.根据权利要求2或3所述的一种利用紫外光-乙酰丙酮氧化处理染料废水的方法,其特征在于步骤A之前需要将含染料水体过滤,除去其中的悬浮物。
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