直接耐曬黑G染料廢水處理工藝
直接耐曬黑G是主要的黑色染料品種之一。主要用于棉、黏膠纖維以及棉、黏膠纖維與蠶絲、羊毛交織混紡織物的染色和直接印花。對硝基苯胺重氮化后與H酸進行偶合,偶合物用硫化堿還原得到黑色基,黑色基酸析、反重氮化后與間苯二胺偶合,然后經(jīng)噴塔噴干而成。其具體合成工藝如圖1所示。整個工藝過程產(chǎn)生兩路廢水,即圖1中的廢水A和廢水B。廢水B可以直接進生化系統(tǒng)進行降解,而廢水A由于含有10%左右的氯化鈉不能進入生化系統(tǒng),因此需要單獨處理。
直接耐曬黑G染料廢水顏色深,污染物成分復雜,含有10%氯化鈉和3%硫代硫酸鈉,屬極難處理廢水之一。黃健盛采用天然沸石研究了其對直接耐曬黑G染料廢水的處理效果,研究表明投加一定量的天然沸石可使廢水色度去除率達到93%,但化學需氧量(COD)去除率不高。張彥平研究了高鐵酸鹽溶液氧化處理直接耐曬黑G廢水,其最佳工藝條件下色度和COD的去除率分別為95%和60%。趙玉華采用電解法研究了此類廢水的處理方法,結果顯示,采用電解法對COD有較高的去除率,達到83%,但對色度去除不明顯。文章中,根據(jù)廢水特性和文獻報道,我們擬采用酸化+鐵碳微電解+芬頓氧化的工藝路線來處理直接耐曬黑G染料廢水。
1、實驗部分
1.1 試劑
直接耐曬黑G廢水,浙江閏土染料有限公司,其廢水水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。濃硫酸:98%,鐵碳球:工業(yè)品,雙氧水:28%~30%,液堿,30%,硫酸亞鐵:工業(yè)品。
1.2 實驗思路
由于廢水中含有硫代硫酸鈉會導致后面芬頓氧化雙氧水的用量增加,因此首先加酸使之分解成硫化氫或者二氧化硫從廢水中排出,尾氣用液堿吸收。然后,用鐵碳微電解法來破壞有機物中的偶氮鍵或者其他難氧化的化合鍵,對廢水進行初步脫色和降低COD。最后,采用芬頓氧化進一步脫色和降低COD,使之達到排放標準。
1.3 實驗步驟
(1)酸化:往500mL燒杯中加入300mL廢水和一定量的硫酸(圖2),打開攪拌,此時有嗆鼻氣味,這是因為硫代硫酸鈉遇酸分解成硫和二氧化硫。曝氣,趕走水中溶解的二氧化硫。攪拌和曝氣過程中,會伴隨著少量棕紅色不溶有機物析出,結束酸化后,加入0.1%活性炭進行吸附和助濾。
(2)鐵碳微電解:取酸化廢水500mL,用硫酸調(diào)pH3~3.5之間,倒入預先裝有鐵碳球的1000mL燒杯中,進行微曝氣1h后,出水。
(3)芬頓氧化:取鐵碳出水300mL倒入500mL燒杯中,pH在5~6之間,用硫酸調(diào)pH在3.5~4之間,加入0.3%硫酸亞鐵,水浴加熱到50℃,滴加一定量的雙氧水,期間用液堿維持pH在3.5~4之間波動。滴加完后,保溫2h。用液堿調(diào)pH到8~9,過濾,測濾液COD。
2、結果與討論
2.1 硫酸的用量
廢水中含有約2.8%硫代硫酸鈉理論上需要約1.8%硫酸才能使之完全分解。表2考察了不同硫酸用量對最終出水的影響。從表2可知,酸的用量3%最佳。
2.2 雙氧水的用量
在小試過程中,芬頓反應2%雙氧水用量出水顏色仍然較深,說明2%雙氧水用量不夠,繼續(xù)提高雙氧水的用量至4%,出水顏色和COD分別見表3和圖3。實驗數(shù)據(jù)說明,雙氧水的用量為4%。
2.3 鐵碳微電解
當鐵和碳共同存在于溶液中時,由于兩者之間存在1.2V的電極電位差,因而會形成無數(shù)的微電池系統(tǒng),在其作用空間構成一個電場,陽極反應生成大量的亞鐵離子進入溶液,進而氧化成三價鐵離子。陰極反應生成大量新生態(tài)的氫離子,在偏酸性的條件下,能與廢水中的硝基發(fā)生還原反應生成氨基,提升其氧化性能。實驗中,考察了不同曝氣時間對鐵碳出水的影響,結果如表4所示。從表4中可知,曝氣時間1h為最佳。
2.4 硫酸亞鐵對出水的影響
由于鐵碳處理后,水中會殘留少量的鐵離子和亞鐵離子,為了驗證芬頓過程中是否需要加硫酸亞鐵,做了不加硫酸亞鐵對照試驗,結果如表5。實驗結果表明,當不補加硫酸亞鐵催化劑,芬頓效果變差,即使雙氧水的量提升到5%,出水依然在1000mg/L左右。而添加0.3%硫酸亞鐵,4%的雙氧水用量出水COD小于500mg/L。實驗表明,需要補加硫酸亞鐵催化劑。
2.5 平行實驗數(shù)據(jù)結果
平行實驗條件:
酸化:3%硫酸,鐵碳:停留時間1h,芬頓氧化:0.3%硫酸亞鐵,4%雙氧水。
數(shù)據(jù)見表6。
2.6 處理成本
根據(jù)上述工藝,其每噸廢水處理成本參見表7。其每噸廢水處理成本約115元,具有非??捎^的經(jīng)濟效益。
3、結語
采用酸化+鐵碳微電解+芬頓氧化的工藝處理了直接耐曬黑G染料廢水,其中,硫酸用量為3%,鐵碳微電解進水pH為3,曝氣時間為1h,芬頓氧化雙氧水用量為4%,在此工藝下,其出水基本無色澄清,COD去除率達到95%以上,出水COD低于500mg/L,可直接排放至化工園區(qū)污水站管網(wǎng)。其每噸廢水處理成本約115元。(來源:浙江閏土股份有限公司)
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