1、臭 氧 氧 化 法 处 理 染 料 废 水 研 究施 银 桃 ,夏 东 升 ,李 海 燕 ,曾 庆 福(武 汉 科 技 学 院 环 境 科 学 研 究 所 ,湖 北 武 汉 430073)摘 要 采 用 臭 氧 氧 化 法 处 理 活 性 艳 红 K - 2BP 和 分 散 兰 2BLN 染 料 水 溶 液 ,考 察 了 反 应 时 间 、温 度 、 p H 等 因 素 对 处 理 效 果 的 影 响 。 结 果 表 明 :p H 对 处 理 效 果 影 响 较 大 ,碱 性 条 件 有 利 于 有机 物 的 矿 化 ;活 性 染 料 较 分 散 染 料 容 易 氧 化 ;脱 色 率 COD
2、去 除 率 TOC 去 除 率 。关 键 词 染 料 废 水 ;臭 氧 ;氧 化 ;降 解 ;脱 色中 图 分 类 号 X783 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1006 - 1878 (2004) 07 - 0020 - 03由 于 染 料 从 化 学 结 构 上 看 绝 大 多 数 属 偶 氮 和 蒽醌 类 (占 染 料 品 种 总 数 的 80 %以 上 ) , 并 且 含 有 各 种助 剂 ,因 此 其 废 水 具 有 污 染 物 浓 度 高 、 色 度 深 、 毒 性高 等 特 点 。 它 的 化 学 稳 定 性 使 得 常 规 生 化 法 处 理 难以 奏 效 。 因 此
3、,本 试 验 以 臭 氧 为 氧 化 剂 对 印 染 废 水 进行 臭 氧 氧 化 处 理 ,以 染 料 中 具 有 代 表 性 的 偶 氮 型 染 料活 性 艳 红 K - 2BP 和 蒽 醌 型 染 料 分 散 兰 2BLN 的 模拟 水 样 为 研 究 对 象 ,研 究 了 染 料 废 水 的 降 解 情 况 。 结果 表 明 ,该 法 可 使 染 料 废 水 达 到 较 高 的 脱 色 率 。1 试 验 部 分1. 1 试 验 仪 器 与 设 备UV1100 紫 外 可 见 分 光 光 度 计 (北 京 ) , MultiN/ C TOC 分 析 仪 (德 国 ) , P/ ACETM
4、 MDQ 毛 细 管 电泳 (美 国 ) 。1. 2 试 验 方 法在 温 度 为 12 、 初 始 p H 为 7 的 条 件 下 ,将1000 mL 初 始 质 量 浓 度 为 400 mg/ L 染 料 溶 液 置 于反 应 器 中 ,进 行 臭 氧 氧 化 试 验 。 臭 氧 投 加 量 为 4 g/h ,通 过 一 个 玻 璃 扩 散 器 以 分 散 小 气 泡 形 式 进 入 装 有水 样 的 石 英 反 应 器 中 进 行 反 应 ,过 剩 的 臭 氧 被 引 入装 有 碘 化 钾 的 玻 璃 瓶 吸 收 ,通 过 调 节 氧 气 流 量 及 通臭 氧 时 间 来 控 制 臭 氧
5、 量 。2 结 果 与 讨 论2. 1 染 料 结 构 、 性 能 及 废 水 性 质2. 1. 1 两 种 染 料 的 分 子 结 构 式由 图 1 可 知 :活 性 艳 红 K - 2BP 为 单 偶 氮 染 料 ,其 分 子 结 构 中 含 有 一 氯 均 三 嗪 基 及 两 个 苯 环 和 一 个萘 环 ,共 轭 双 键 系 统 是 由 偶 氮 基 联 接 芳 环 构 成 的 。分 散 蓝 2BLN 为 蒽 醌 染 料 ,其 为 1 ,5 - 二 氨 基 - 4 ,8- 二 羟 基 蒽 醌 与 1 ,8 - 二 氨 基 - 4 ,5 - 二 羟 基 蒽 醌的 溴 化 混 合 物 ,染
6、料 分 子 中 的 共 轭 双 键 系 统 是 由 蒽醌 环 构 成 的 。图 1 两 种 染 料 的 分 子 结 构 式2. 1. 2 两 种 染 料 废 水 的 性 质在 温 度 为 12 、 初 始 p H 为 7 条 件 下 ,初 始 质 量浓 度 为 400 mg/ L 染 料 废 水 的 性 质 如 表 1 所 示 。表 1 两 种 染 料 废 水 的 水 质水 质 指 标 活 性 艳 红 K - 2BP 分 散 蓝 2BLN ( TOC) / (mg L - 1) 93. 500 207. 54COD/ (mg L - 1) 276. 16 577. 56稀 释 20 倍 后 A
7、 1. 978 1. 174可 见 光 区 最 大 吸 收 波 0. 565 0. 165长 处 A513nm注 : 位 质 量 浓 度 法 定 符 号 。2. 2 臭 氧 对 染 料 的 氧 化 作 用2. 2. 1 通 臭 氧 时 间 对 反 应 的 影 响由 图 2 可 见 ,臭 氧 氧 化 对 两 种 染 料 溶 液 均 可 达收 稿 日 期 2002 - 04 - 26 ;修 订 日 期 2003 - 06 - 12基 金 项 目 863 资 助 项 目 (2002AA601300 , No. 2002AA649210) 。作 者 简 介 施 银 桃 (1975 - ) ,女 ,湖
8、北 武 汉 人 ,毕 业 于 华 中科 技 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院 ,工 学 硕 士 ,主 要 从 事 废 水 处理 研 究 。02 2004 年 第 24 卷化 工 环 保ENV IRONMEN TAL PRO TECTION OF CHEMICAL INDUSTR Y较 高 的 脱 色 率 ,但 对 COD 去 除 率 及 TOC 去 除 率 均相 对 较 低 。 在 同 样 条 件 下 ,臭 氧 化 对 活 性 染 料 的 氧化 作 用 大 于 分 散 染 料 ,当 脱 色 率 达 100 %时 ,分 散 染料 需 150 min ,活 性 染 料 需 105 min
9、。 经 臭 氧 氧 化 处理 后 ,两 种 染 料 废 水 的 处 理 效 果 均 为 :脱 色 率 COD 去 除 率 TOC 去 除 率 ,表 明 反 应 只 是 把 染 料氧 化 为 小 分 子 有 机 物 ,并 未 完 全 矿 化 为 CO2 和 水 。这 说 明 反 应 是 先 打 断 染 料 分 子 的 发 色 基 团 ,使 染 料脱 色 ,然 后 进 行 开 环 反 应 ,使 染 料 分 子 逐 步 矿 化 。图 2 通 臭 氧 时 间 对 染 料 溶 液 处 理 效 果 的 影 响(图 2 3 中 、 、 分 别 表 示 分 散 兰 2BLN 的 脱 色 率 、COD 去 除
10、率 、 TOC 去 除 率 ; “、 、 ! (分 别 表 示 活 性 艳 红K - 2BP 的 脱 色 率 、 COD 去 除 率 、 TOC 去 除 率 )2. 2. 2 温 度 对 染 料 溶 液 处 理 效 果 的 影 响由 图 3 可 见 ,在 温 度 为 7 30 条 件 下 ,温 度 高些 有 利 于 反 应 ,但 总 体 上 温 度 对 反 应 的 影 响 不 大 。这 是 因 为 :温 度 升 高 降 低 了 反 应 活 化 能 ,故 可 提 高 反应 速 率 ,但 是 臭 氧 在 高 温 下 分 解 加 速 ,臭 氧 在 水 中 的溶 解 度 下 降 ,故 在 实 际 应
11、用 中 应 选 择 适 宜 的 温 度 。图 3 温 度 对 染 料 溶 液 处 理 效 果 的 影 响2. 2. 3 染 料 溶 液 初 始 p H 对 处 理 效 果 的 影 响由 图 4、 5、 6 可 见 :在 同 样 时 间 条 件 下 ,脱 色 率 、COD 及 TOC 去 除 率 均 随 p H 增 大 而 增 大 ,而 且COD 及 TOC 去 除 率 受 p H 影 响 较 大 。 原 因 是 :在低 p H 时 ,臭 氧 以 直 接 反 应 占 优 势 ,在 高 p H 时 ,臭 氧可 被 催 化 产 生 一 种 氧 化 能 力 极 强 的 活 性 基 团 OH自 由 基
12、,它 在 氧 化 污 染 物 时 无 选 择 性 ,可 引 发 链 反应 ,直 接 将 有 机 物 矿 化 。图 4 p H 对 脱 色 率 的 影 响(图 4 6 中 、 、 分 别 表 示 分 散 兰 2BLN 在 初 始p H 为 2、 7、 12 时 的 去 除 情 况 ; “、 、 ! (分 别 表 示 活 性 艳 红K - 2BP 在 初 始 p H 为 2、 7、 12 时 的 去 除 情 况 )图 5 p H 对 COD 去 除 率 的 影 响图 6 p H 对 TOC 去 除 率 的 影 响2. 2. 4 染 料 溶 液 处 理 前 后 的 UV - Vis 图 谱由 活 性
13、 艳 红 K - 2BP 溶 液 经 臭 氧 氧 化 处 理 0 ,30 ,60 ,75 ,90 min (图 7 从 上 至 下 ) 和 分 散 兰 2BLN溶 液 经 臭 氧 氧 化 0 ,30 ,60 ,90 ,120 min (图 8 从 上 至下 )后 的 UV - Vis 图 谱 可 知 :臭 氧 氧 化 处 理 后 ,染 料溶 液 原 有 的 紫 外 光 及 可 见 光 部 分 的 特 征 吸 收 峰 均 消失 。 这 表 明 经 处 理 后 ,活 性 艳 红 K - 2BP 的 发 色 基12增 刊 施 银 桃 等 . 臭 氧 氧 化 法 处 理 染 料 废 水 研 究团 及
14、苯 环 和 萘 环 均 被 打 断 ,分 散 兰 2BLN 发 色 体 系及 蒽 醌 环 均 被 打 断 。图 7 活 性 艳 红 K - 2BP 氧 化 前 后 UV - Vis 图 谱图 8 分 散 蓝 2BLN 的 氧 化 前 后 UV - Vis 图 谱图 9 活 性 艳 红 K - 2BP 氧 化 前 (上 )后 (下 ) CE图 谱2. 2. 5 染 料 溶 液 臭 氧 氧 化 处 理 前 后 的 CE 图 谱由 分 散 蓝 2BLN 溶 液 臭 氧 氧 化 处 理 前 后 (图 9 ,图 10)的 CE 图 谱 可 知 :经 臭 氧 氧 化 30 min 后 ,分 散蓝 2BLN
15、 的 吸 收 峰 均 消 失 。 这 说 明 其 分 子 结 构 已 被打 断 。图 10 分 散 蓝 2BLN 氧 化 前 (上 )后 (下 ) CE图 谱3 结 论a) 臭 氧 氧 化 对 两 种 染 料 废 水 的 处 理 情 况 为 :脱色 率 COD 去 除 率 TOC 去 除 率 ;b) 总 体 上 温 度 对 反 应 的 影 响 不 大 ;c) p H 对 染 料 溶 液 处 理 效 果 影 响 较 大 ,碱 性 条件 有 利 于 有 机 物 的 矿 化 ;d)在 同 样 条 件 下 ,活 性 染 料 较 分 散 染 料 容 易 被氧 化 ;e)染 料 废 水 处 理 的 反 应 机 理 为 ,发 色 基 团 首 先断 裂 ,然 后 再 开 环 降 解 ,使 有 机 物 逐 步 矿 化 。22 2004 年 第 24 卷化 工 环 保ENV IRONMEN TAL PRO TECTION OF CHEMICAL INDUSTR Y
