光催化-好氧生物降解處理染料廢水試驗研究

摘要:考察了pH值、催化劑用量、酸性大紅(GR)染料初始濃度、曝氣量對染料去除率的影響,確定了GR染料去除的 較佳反應條件: pH值為3,催化劑投加量為0. 6 mg/L,GR染料進(jìn)水濃度為20 mg/L,曝氣量為60 mL/min。在較佳反應條件下,對光催化工藝、好氧生物降解工藝和光催化-好氧生物降解組合工藝處理單一染料廢水效果進(jìn)行了比較,并考察了組合工藝處理混合染料廢水的效果,結果表明:反應5 h時(shí),組合工藝對單一染料廢水中活性墨綠(B-4BLN)和GR 染料的去除率分別為85. 66%和76. 93%,去除效果明顯高于單一工藝;組合工藝對混合染料廢水中B-4BLN和GR染料的去除率分別為83. 76%和71. 84%。

關(guān)鍵詞:光催化;好氧生物降解;酸性大紅;活性墨綠;試驗研究

我國每年約有6億~7億t印染廢水排入水環(huán)境中,是最 主要的水體污染源之一[1]。印染廢水處理方法可分為物理法、 化學(xué)法、生物法3大類(lèi),由于印染廢水成分復雜,單一處理方法 往往不能達到理想的效果,因此在實(shí)際應用中印染廢水處理大 多采用幾種方法的組合[2]。筆者對光催化-好氧生物降解組 合工藝處理印染廢水進(jìn)行了試驗研究。

1 試驗方法與內容

1.1 儀器與試劑

儀器:自制光催化-好氧生物降解反應器, ZK-82A型真 空干燥箱, pHS-2C酸度計,VIS-7220分光光度計, 800B臺式離 心機。試劑:酸性大紅(GR),活性墨綠(B-4BLN),鈦白粉等。

1.2 試驗方法

采用重鉻酸鉀標準法測定COD濃度;使用pHS-2C酸度 計測定pH值;使用分光光度計測出廢水出水的吸光度值,然后 對照該染料廢水的標準曲線(xiàn)得出廢水染料的含量[3]。

1.3 試驗內容

(1)用GR染料自配一定濃度廢水,以銳鈦礦型TiO2作為 光催化劑,反應器在40 W普通日光燈照射下運行100 min,考 察溶液pH值、催化劑用量、溶液初始濃度、曝氣量等因素對染 料去除率的影響,確定較佳的反應條件。

(2)在較佳反應條件下,考察單一染料B-4BLN(濃度為 30 mg/L)、GR(濃度為20 mg/L)廢水分別在光催化、好氧生物 降解、光催化-好氧生物降解工藝處理后的染料去除效果及 COD去除效果。

(3)在較佳反應條件下,考察光催化-好氧生物降解組合 工藝對混合染料(B-4BLN濃度為30 mg/L, GR濃度為20 mg/L)廢水的染料及COD去除效果。

2 結果分析

2.1 單因素分析

(1)pH值(如圖1)。GR染料的去除率隨著(zhù)pH值的升高 而降低, pH=12時(shí)去除率僅為0. 47%, pH=1. 5時(shí)去除率為 11. 06%。產(chǎn)生這種現象的原因為:①HO?具有強氧化性,在 光催化氧化反應中起主要作用;②可能與GR染料的分子結構 有關(guān)。

(2)催化劑TiO2用量(如圖2)。TiO2用量為0. 10~0. 6 g/L時(shí),GR染料的去除率隨著(zhù)TiO2用量的增加而緩慢增大; TiO2用量為0. 65 g/L時(shí),去除率達到最高,為8. 28%;TiO2用 量大于0. 65 g/L時(shí),去除率隨著(zhù)TiO2用量的增加而有減小趨 勢。產(chǎn)生這種現象的原因:①當TiO2投加量過(guò)少時(shí),光子不能 被完全轉化為化學(xué)能;②適當增加TiO投加量能產(chǎn)生更多的活性物質(zhì),增大固-液接觸面,加快反應速率;③當TiO2投加 量過(guò)多時(shí)會(huì )減小溶液的透光率。

(3)初始GR染料濃度(如圖3)。GR染料的去除率隨著(zhù) 初始濃度的升高明顯降低,且低濃度條件下去除率降低的趨勢 比較明顯。產(chǎn)生這種現象的原因:①GR染料低濃度條件下,染 料分子比較少,而催化劑受激發(fā)產(chǎn)生的強性基團相對比較多; ②高濃度的廢水會(huì )影響水體透明度,催化劑受激發(fā)產(chǎn)生的強性 基團較少。

(4)曝氣量(如圖4)。GR染料的去除率隨著(zhù)曝氣量的增 加而提高,當曝氣量為60 mL/min時(shí)去除率最高為30. 59%,繼 續增加曝氣量則去除率開(kāi)始緩慢下降。適當的曝氣能顯著(zhù)提 高光催化效率,過(guò)量的曝氣則會(huì )阻抑反應的進(jìn)行。產(chǎn)生這種現 象的原因:①液相光催化反應是多相的,氧的吸附影響比較復 雜;②不斷供給氧氣時(shí),可認為T(mén)iO2表面吸附的氧氣是恒定 的,其速率常數與氧的吸附有關(guān)[4],當TiO2表面吸附的氧氣不再增加,過(guò)量的氣泡會(huì )導致光的散射,阻礙催化劑對光的吸收。

對以上單因素試驗結果進(jìn)行正交分析,確定較佳的反應條件: pH值為3,催化劑投加量為0. 6mg/L,GR進(jìn)水濃度為20 mg/L,曝氣量為60 mL/min;確定影響光催化降解去除率的4個(gè)因素的主次順序依次為初始染料濃度、曝氣量、pH值、催化劑投加量。

2.2 各工藝處理單一染料廢水效果比較

光催化-好氧生物降解組合工藝對B-4BLN、GR染料的 去除效果比單一的光催化工藝、好氧生物降解工藝好組合工藝對COD去除效果比單一光催化工藝好。 反應5 h時(shí),組合工藝、光催化工藝、好氧生物降解工藝對B- 4BLN染料的去除率分別為85. 66%、45. 78%、51. 36%,對GR 染料去除率分別為76. 93%、36. 54%、43. 88%;反應5 h時(shí)組合 工藝對單一染料B-4BLN、GR廢水中的COD去除率分別為 90. 67%、83. 33%,而光催化工藝相應的去除率分別為 44. 18%、28. 41%。由此可見(jiàn),組合工藝處理單一染料廢水效果要比單一工藝效果好很多。

2.3 光催化-好氧生物工藝處理混合染料廢水效果

混合染料廢水中的B-4BLN和GR染料去除率隨著(zhù)反應 時(shí)間的延長(cháng)而增加,反應5 h時(shí)去除率分別為83. 76%和 71. 84%;混合染料的COD去除率也隨著(zhù)反應時(shí)間的延長(cháng)而增加,反應5 h時(shí)去除率為85. 03% (如圖7)。由此可見(jiàn),光 催化-好氧生物降解工藝對混合染料廢水的處理效果是比較好的。

3 結 語(yǔ)

試驗結果表明,光催化-好氧生物降解組合工藝對染料和COD的去除效果較好,其成本低、投資少、工藝簡(jiǎn)單,具有較好的應用價(jià)值。

參考文獻:
[1] 趙宜江,張艷,嵇鳴,等.印染廢水吸附脫色技術(shù)的研究進(jìn)展[J].水處理技 術(shù), 2000, 26(6): 315-319.
[2] 李家珍.染料染色工業(yè)廢水處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 1997.
[3] 國家環(huán)境保護總局.水和廢水監測分析方法[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版 社, 2002.
[4] JM Herrmann.Heterogeneous photocatalysis: fundamentals and applications to the removal of various types of aqueous pollutants [J]. Catalysis Today, 1999, 53: 115-129.來(lái)源：邵堅 翟鴻飛