CN105502627B - 一种蒽醌类物质降解印染废水的方法 - Google Patents

一种蒽醌类物质降解印染废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种蒽醌类物质降解印染废水的方法，该方法在印染废水中加入蒽醌类物质，混合均匀即形成降解体系，放置进行降解。所述的蒽醌类物质为2‑磺酸钠蒽醌(AQS)或2,6‑蒽醌二磺酸钠(AQDS)。所述的降解体系为酸性环境。所述的降解体系为常温。所述的蒽醌类物质的在降解体系中的浓度为0.01～0.15mmol/L。本发明的方法能够在不使用例如过硫酸盐，高锰酸盐以及双氧水等氧化剂的情况下有效降解印染废水，而现有的高级氧化技术均需加入氧化剂，能耗高、条件苛刻，以及氧化剂用量过大、处理成本较高，而本申请的方法避免了这些问题，克服了本领域技术人员认为降解印染废水需要加入氧化剂的技术偏见，达到了预料不到的技术效果。

Description

一种蒽醌类物质降解印染废水的方法
技术领域
本发明属于有机废水处理领域，涉及印染废水处理，具体涉及一种蒽醌类物质降解印染废水的方法。
背景技术
近几十年来，随着国民经济、工业的迅猛发展而导致的环境污染和能源危机日益严重，环境污染已成为影响人类生存和可持续发展的全球性问题，其中，人类赖以生存的水资源污染特别突出，带来的后果尤其严重。因此水污染是世界各国共同面临的急需解决的问题之一。
染料废水具有水量大、分布面广、水质变化大、有机物毒性高、成分复杂以及难降解等特点，累积在环境中的染料在微生物的作用下能产生芳香胺类中间产物，具有强烈的“三致”作用和潜在的环境风险，对水生生态系统及其周边环境造成了巨大的冲击，其毒害事件日益暴露。且染料生产工艺的改进使得染料朝着抗光解、抗氧化的方向发展，导致染料废水的处理难度日益增大。目前，染料废水的治理已成为广大环保工作者关注的热点问题。
现代污水处理常用的氧化剂有氯系氧化剂、臭氧、过氧化氢、高锰酸盐等。氯系氧化剂主要包括液氯、次氯酸钠、二氧化氯、漂白粉等。氯作为氧化剂时，容易产生致癌性的三氯甲烷等有害物质。臭氧作为氧化剂时，臭氧发生器投资大，运行费用高，且臭氧具有不稳定性。过氧化氢作为氧化剂时，温度超过80℃，过氧化剂基本都分解，而不是参加反应，如果不是反应消耗，则过氧化氢的加入使反应器内过氧化氢浓度升高，存在爆炸隐患。高锰酸盐作为氧化剂时，如高锰酸钾，在发生氧化作用的同时，还原生成二氧化锰，若过量投加，处理后的水会有颜色，投加量不易控制。因此，在应用高级氧化法处理废水时，如何寻求在最大程度降低氧化试剂用量的同时，且保证废水处理效果，是废水处理工艺上的一直寻求的突破点，这对废水过程中的经济效益和环境影响产生直接且显著的影响。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种蒽醌类物质降解印染废水的方法，解决在不使用氧化剂的情况下有效降解印染废水的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：
一种蒽醌类物质降解印染废水的方法，该方法在印染废水中加入蒽醌类物质，混合均匀即形成降解体系，放置进行降解。
本发明还具有如下区别技术特征：
所述的蒽醌类物质为2-磺酸钠蒽醌(AQS)或2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)。
所述的降解体系为酸性环境。
所述的降解体系为常温。
所述的蒽醌类物质的在降解体系中的浓度为0.01～0.15mmol/L。
所述的印染废水为含难挥发性有机物罗丹明B的印染废水，印染废水中罗丹明B的物质量浓度为0.02mmol/L。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
(Ⅰ)本发明的方法能够在不使用例如过硫酸盐，高锰酸盐以及双氧水等氧化剂的情况下有效降解印染废水，而现有的高级氧化技术均需加入氧化剂，能耗高、条件苛刻，以及氧化剂用量过大、处理成本较高，而本申请的方法避免了这些问题，克服了本领域技术人员认为降解印染废水需要加入氧化剂的技术偏见，达到了预料不到的技术效果。
(Ⅱ)本发明中蒽醌类物质降解印染废水中有机物的方法，只需要向印染废水中加入蒽醌类物质2-磺酸钠蒽醌(AQS)或2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)即可，不需要像传统方法一样加入氧化剂，就可有效处理印染类废水。不需要复杂操作，就可持续高效地氧化降解水中的有机物。蒽醌类物质广泛分布于土壤、地表水、甚至在大气气溶胶中，不会对环境产生二次污染。且此方法不需要额外消耗能量，工艺流程十分简单，可操作性强，具有广泛应用前景。
(Ⅲ)体系中只含2-磺酸钠蒽醌(AQS)的条件下，罗丹明B得到更有效的降解。在pH＝2，0.1mM体系AQS的体系中，25min之内，罗丹明B就得到了接近100％的降解率。
(Ⅴ)本发明的方法可以在常温下持续高效地降解印染废水，反应过程需要在酸性条件下，操作简单，不需要耗费额外的能量，避免了因使用氧化剂而造成的二次污染，在治理印染废水领域具有极大地应用前景。
附图说明
图1是AQS在不同浓度条件下对罗丹明B的降解特征。
图2是AQS在不同pH值条件下对罗丹明B的降解特征。
图3是不同浓度的过硫酸盐在有无AQS条件下对罗丹明B的降解特征。
图4是AQDS在不同浓度条件下对罗丹明B的降解特征。
图5是AQDS在不同pH值条件下对罗丹明B的降解特征。
图6是不同浓度的过硫酸盐在有无AQDS条件下对罗丹明B的降解特征。
图7是反应体系的顺磁共振波谱，图中谱峰的存在表明体系产生活性自由基，体系组成:pH＝2，AQS:0.1mmol/L,罗丹明B:0.02mmol/L。
图8是反应体系RhB降解前后TOC含量，其中：pH＝2，AQS:0.1mmol/L,罗丹明B:0.02mmol/L。
以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。
具体实施方式
需要说明的是下述实施例以罗丹明B有机废水为典型的染料废水，染料废水不仅会使自然水着色，影响美观，而且大多染料都具有难生物降解的性质。在所有染料中，罗丹明B是一种常用的有机染料。因此实施例选择罗丹明B染料废水作为目标污染物。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
本实施例给出一种蒽醌类物质降解印染废水的方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，向0.02mmol/L的罗丹明B印染废水中，加入2-磺酸钠蒽醌(AQS)，2-磺酸钠蒽醌(AQS)在废水中的浓度分别为0mmol/L、0.01mmol/L、0.03mmol/L、0.05mmol/L、0.10mmol/L和0.15mmol/L，并用稀硫酸调节pH值到2；
步骤二，使用机械电子搅拌器进行搅拌，保持转速一致，温度为30℃，反应时间为300min。经检测得到图1的数据：
图1是AQS在不同浓度条件下对罗丹明B的降解特征，从图1中可知，当AQS的浓度为0mmol/L、0.01mmol/L、0.03mmol/L、0.05mmol/L、0.10mmol/L和0.15mmol/L时，对罗丹明B的降解率分别为0、10％、91％、100％、100％和100％。上图结合实施例1的结果可知，当2-磺酸钠蒽醌(AQS)的浓度越高，罗丹明B的降解率越高。并且发现蒽醌浓度越高，反应速度越快。
实施例2：
本实施例给出一种蒽醌类物质降解印染废水的方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，向0.02mmol/L的罗丹明B废水中，加入2-磺酸钠蒽醌(AQS)，2-磺酸钠蒽醌(AQS)在废水中的浓度为0.10mmol/L，再用稀H2SO4和NaOH调节各体系pH分别为2、3、3.5、3.7、3.8、3.9、4、5.75(不调节pH)、7和10；
步骤二，使用机械电子搅拌器进行搅拌，保持转速一致，温度为30℃，反应时间为300min。
经检测得到图2的数据，图2是AQS在不同pH值条件下对罗丹明B的降解特征，从图2中可知，当AQS的浓度为固定值0.10mmol/L，pH分别为2、3、3.5、3.7、3.8、3.9、4、5.75(不调节pH)、7和10时，对罗丹明B的降解率分别为100％、100％、91％、90％、76％、60％、6％、9％、0.5％和13％。结果说明，在其他条件都相同的情况下，pH值越小，罗丹明B的降解率越高，且速度快。
对比例1：
本对比例给出一种降解印染废水的方法，该方法具体包括以下步骤：
A方案：
步骤一，向0.02mmol/L的罗丹明B废水中，加入过硫酸钾，过硫酸钾在废水中的浓度分别为0.01mmol/L、0.1mmol/L和1mmol/L；
步骤二，加入2-磺酸钠蒽醌(AQS)，2-磺酸钠蒽醌(AQS)在废水中的浓度为0.10mmol/L，并用稀硫酸调节pH到3；
步骤三，使用机械电子搅拌器进行搅拌，保持转速一致，温度为30℃，反应时间为300min。
B方案：
步骤一，向0.02mmol/L的罗丹明B废水中，加入过硫酸钾，过硫酸钾在废水中的浓度分别为0.01mmol/L、0.1mmol/L和1mmol/L，并用稀硫酸调节pH到3；
步骤二，使用机械电子搅拌器进行搅拌，保持转速一致，温度为30℃，反应时间为300min。
经检测得到图3的数据，图3是不同浓度的过硫酸盐在有无AQS条件下对罗丹明B的降解特征，从图3中可知，当AQS的浓度为0.1mmol/L，过硫酸盐的浓度分别为0.01mmol/L、0.1mmol/L和1mmol/L时，对罗丹明B的降解率分别为100％、100％和74％；当AQS的浓度为0mmol/L，过硫酸盐的浓度分别为0.01mmol/L、0.1mmol/L和1mmol/L时，对罗丹明B的降解率分别为3％、12％和62％。
由图3可知，过硫酸盐作为氧化剂，当只加过硫酸盐时，过硫酸盐的浓度越高，反应速度越快，罗丹明B的降解率也越高；这符合经典的高级氧化处理工艺理论。当同时加入过硫酸盐和2-磺酸钠蒽醌(AQS)，且2-磺酸钠蒽醌(AQS)浓度一定时，随着过硫酸盐的浓度增加，罗丹明B的降解率反而减小。表明氧化试剂过硫酸盐的存在反而减弱了罗丹明B的脱色效果，即体系中AQS的存在是促进罗丹明B的降解主要原因，而不是氧化试剂过硫酸盐导致的。结合图2和图3，对比只有过硫酸盐的体系和只有2-磺酸钠蒽醌(AQS)的体系可知，体系中只含2-磺酸钠蒽醌(AQS)的条件下，罗丹明B得到更有效的降解。在pH＝2，0.1mM体系AQS的体系中，25min之内，罗丹明B就得到了接近100％的降解率。
以上数据表明：在含醌类有机质的存在条件下，印染类废水的降解机制显著区别于传统的高级氧化机理。表明本专利报导的内容在降解印染类废水方面具有显著的独到性，新颖性和可实用性。
实施例3：
本实施例给出一种蒽醌类物质降解印染废水的方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，向0.02mmol/L的罗丹明B废水中，加入2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)，2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)在废水中的浓度分别为0mmol/L、0.01mmol/L、0.03mmol/L、0.05mmol/L、0.10mmol/L和0.15mmol/L，并用稀硫酸调节pH到2；
步骤二，使用机械电子搅拌器进行搅拌，保持转速一致，温度为30℃，反应时间为300min。
经检测得到图4的数据，图4是AQDS在不同浓度条件下对罗丹明B的降解特征，从图4中可知，当AQS的浓度为0mmol/L、0.01mmol/L、0.03mmol/L、0.05mmol/L、0.10mmol/L和0.15mmol/L时，对罗丹明B的降解率分别为0、86％、96％、97％、100％和100％。上图结合实施例3的结果可知，当2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)的浓度越高，罗丹明B的降解率越高。并且发现蒽醌浓度越高，反应速度越快。
实施例4：
本实施例给出一种蒽醌类物质降解印染废水的方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，向0.02mmol/L的罗丹明B废水中，加入2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)，2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)在废水中的浓度为0.10mmol/L，再用稀H2SO4和NaOH调节各体系pH分别为2、3、3.5、3.7、3.8、3.9、4、5.75(不调节pH)、7和10；
步骤二，使用机械电子搅拌器进行搅拌，保持转速一致，温度为30℃，反应时间为300min。
经检测得到图5的数据，图5是AQDS在不同pH值条件下对罗丹明B的降解特征，从图5中可以看出，当AQS的浓度为固定值0.10mmol/L，pH分别为2、3、3.5、3.7、3.8、3.9、4、5.75(不调节pH)、7和10时，对罗丹明B的降解率分别为100％、100％、89％、72％、44％、15％、3％、8％、0和3％。结果说明，在其他条件都相同的情况下，pH值越小，罗丹明B的降解率越高，且速度快。
对比例2：
本对比例给出一种降解印染废水的方法，该方法具体包括以下步骤：
A方案：
步骤一，向0.02mmol/L的罗丹明B废水中，加入过硫酸钾，过硫酸钾在废水中的浓度分别为0.01mmol/L、0.1mmol/L和1mmol/L；
步骤二，加入2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)，2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)在废水中的浓度为0.10mmol/L，并用稀硫酸调节pH到3；
步骤三，使用机械电子搅拌器进行搅拌，保持转速一致，温度为30℃，反应时间为300min。
B方案：
步骤一，向0.02mmol/L的罗丹明B废水中，加入过硫酸钾，过硫酸钾在废水中的浓度分别为0.01mmol/L、0.1mmol/L和1mmol/L，并用稀硫酸调节pH到3；步骤二，使用机械电子搅拌器进行搅拌，保持转速一致，温度为30℃，反应时间为300min。
经检测得到图3的数据，图6是不同浓度的过硫酸盐在有无AQDS条件下对罗丹明B的降解特征，从图6中可以看出，当AQDS的浓度为0.1mmol/L，过硫酸盐的浓度分别为0.01mmol/L、0.1mmol/L和1mmol/L时，对罗丹明B的降解率分别为100％、100％和89％；当AQDS的浓度为0mmol/L，过硫酸盐的浓度分别为0.01mmol/L、0.1mmol/L和1mmol/L时，对罗丹明B的降解率分别为3％、12％和62％。
由图6可知，过硫酸盐作为氧化剂，当只加过硫酸盐时，过硫酸盐的浓度越高，反应速度越快，罗丹明B的降解率也越高；这符合经典的高级氧化处理工艺理论。当同时加入过硫酸盐和2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)，且2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)浓度一定时，随着过硫酸盐的浓度增加，罗丹明B的降解率反而减小。表明氧化试剂过硫酸盐的存在反而减弱了罗丹明B的脱色效果，即体系中AQDS的存在是促进罗丹明B的降解主要原因，而不是氧化试剂过硫酸盐导致的。结合图2和图3，对比只有过流酸盐的体系和只有2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)的体系可知，体系中只含2,6-蒽醌二磺酸钠(AQDS)的条件下，罗丹明B得到更有效的降解。在pH＝2，0.1mM体系AQDS的体系中，15min之内，罗丹明B就得到了接近100％的降解率。
以上数据表明：在含醌类有机质的存在条件下，印染类废水的降解机制显著区别于传统的高级氧化机理。表明本专利报导的内容在降解印染类废水方面具有显著的独到性，新颖性和可实用性。
对上述实施例1和2的反应过程机理进行进一步深入研究，得到图7和图8，电子顺磁共振(ESR)波谱表明，本实验体系中产生了大量的活性自由基(图7)，大量活性自由基的存在是使得罗明丹得到快速降解的主要原因，而体系中恩醌类物质是驱动体系生成大量活性自由基的催化剂。总有机碳(TOC)含量测定实验表明，在pH＝2，0.1mM AQS的体系中，罗丹明B几乎完全矿化(图8)。

Claims (1)

1.一种蒽醌类物质降解印染废水的方法，其特征在于：该方法在印染废水中加入蒽醌类物质，混合均匀即形成降解体系，放置进行降解；
所述的蒽醌类物质为2-磺酸钠蒽醌或2,6-蒽醌二磺酸钠；
所述的降解体系为酸性环境；
所述的降解体系为常温；
所述的蒽醌类物质的在降解体系中的浓度为0.01～0.15mmol/L；
所述的印染废水为含罗丹明B的印染废水，印染废水中罗丹明B的物质量浓度为0.02mmol/L。
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