活性炭處理染料廢水的研究

紡織工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了紡織工業(yè)的發(fā)展。研究表明，世界上每年生產(chǎn)超過70萬噸染料，其中2%直接從水中排放，10%在紡織染色過程中損失。染料廢水成分復(fù)雜，水質(zhì)變化大，顏色深，濃度大，處理方法復(fù)雜。染料廢水的處理方法有很多，主要包括氧化、吸附、膜分離、扭轉(zhuǎn)、生物降解等方法。每個(gè)方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。其中，吸附法是利用吸附劑去除水中污染物，將顆粒作為一個(gè)多孔性材料，具有很大的比面?；钚蕴渴悄壳白钣行У奈絼┲唬梢杂行コ龔U水的顏色和cod。雖然與其他工藝的結(jié)合是有效的，但大多數(shù)是與其他工藝結(jié)合的。其中，活性炭吸附主要用于深度處理或?qū)⒒钚蕴坑米鬏d體和催化劑，而僅用活性炭處理高劑量廢水的研究很少。在這項(xiàng)工作中，我們使用了直接處理三個(gè)模擬染料廢水，以探索最佳處理?xiàng)l件，并為用活性炭吸附法探索處理染料廢水提供相關(guān)的研究基礎(chǔ)。1實(shí)驗(yàn)部分1.1模擬染料廢水的制備實(shí)驗(yàn)選用河北保定凈化材料廠生產(chǎn)的GWB-3X型椰殼活性炭,目數(shù)為10～20,比表面積為1205m2/g,活性炭首先在去離子水中煮沸1h,濾去水和活性炭粉塵后在105℃下烘24h,冷卻后密封在儲(chǔ)罐中備用.分別稱取0.250g酸性品紅、堿性品紅、活性黑B-133,用去離子水定容到1000mL,配制成濃度為250mg/L的模擬染料廢水.1.2振蕩時(shí)間的測定取一定量的活性炭和染料廢水放入具塞錐形瓶中,在水浴恒溫振蕩器內(nèi)恒溫振蕩一定的時(shí)間,離心(1500r/min,10min)分離后取上清液測定其濃度.1.3分析1標(biāo)準(zhǔn)曲線ac用紫外-可見光分光光度計(jì)掃描三種染料廢水,測得酸性品紅、堿性品紅和活性黑B-133染料廢水的最大吸收波長分別為544nm、543nm和597nm.將染料廢水稀釋成不同濃度的溶液,并在最大吸收波長處測定吸光度,以吸光度A對濃度c作圖,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線求得回歸方程(R為相關(guān)系數(shù)).酸性品紅廢水:c=87.69648A-0.4019,R=0.99991.堿性品紅廢水:c=5.45863A-0.12475,R=0.99919.活性黑B-133廢水:c=35.2561A-0.19023,R=0.99997.回歸方程和相關(guān)系數(shù)顯示,在所測定的濃度范圍內(nèi),染料廢水的濃度和吸光度之間有良好的線性關(guān)系.因此,可以先用分光光度計(jì)測定染料廢水的吸光度,然后把吸光度代入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程中求出染料廢水的濃度.由吸附前后染料廢水濃度的變化,計(jì)算脫色率.脫色率(%)=c0?c1c0×100.(%)=c0-c1c0×100.其中,c0為染料廢水的初始濃度,c1為吸附后染料廢水的濃度.2cod去除率采用重鉻酸鉀法測定吸附前后染料廢水的COD,計(jì)算COD的去除率.COD去除率(%)=COD0?COD1COD0×100.(%)=CΟD0-CΟD1CΟD0×100.其中,COD0為染料廢水的初始COD,COD1為吸附后染料廢水的COD.2結(jié)果與討論2.1活性炭對染料廢水濃度的影響在50mL濃度為250mg/L的染料廢水中加入一定量的活性炭,振蕩一段時(shí)間后取出測定染料廢水的濃度.染料廢水濃度和吸附時(shí)間的關(guān)系如圖1所示.由圖可知,在最初的一段時(shí)間內(nèi),三種染料廢水的濃度隨吸附時(shí)間的延長而迅速下降,隨后染料廢水濃度的下降趨勢變緩,到一定時(shí)間后染料廢水濃度處于平衡狀態(tài).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著加入活性炭量的增多,染料廢水濃度下降的速度加快.當(dāng)吸附時(shí)間分別達(dá)到3.5、6、17h時(shí),雖然加入的活性炭量不同,但酸性品紅、堿性品紅和活性黑B-133染料廢水的濃度都基本達(dá)到平衡.因此,酸性品紅、堿性品紅和活性黑B-133染料廢水的吸附平衡時(shí)間可以定為3.5、6、17h.由圖還可看出,活性炭對酸性品紅的吸附速度最快,堿性品紅次之,活性黑B-133最慢,這可能與染料分子的大小有關(guān).2.2脫色率隨立地溫度的變化在不同的溫度條件下,對酸性品紅、堿性品紅和活性黑B-133染料廢水分別處理3.5、6、17h,討論溫度對染料廢水脫色率的影響.圖2表示了廢水脫色率和溫度之間的關(guān)系.由圖可知,三種染料廢水的脫色率均隨著溫度升高而增大.操作溫度由25℃升高到70℃時(shí),酸性品紅染料廢水的脫色率由93.96%增加到了99.48%,堿性品紅染料廢水的脫色率由88.07%增加到了99.22%,活性黑B-133染料廢水的脫色率由48.71%增加到了70.95%.酸性品紅和堿性品紅增加幅度較小,活性黑B-133染料廢水的脫色率的增加幅度較大.從實(shí)際應(yīng)用角度看,為了避免操作過程復(fù)雜,實(shí)驗(yàn)溫度宜選擇室溫,用適當(dāng)增加活性炭量的方法來達(dá)到相同的脫色效果.2.3堿性品紅廢水脫色率為了確定pH值對染料廢水脫色率的影響,在不同的pH值下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖3所示.酸性品紅廢水的脫色率隨著pH值的增大而減小;堿性品紅廢水的脫色率隨著pH值的增大而增加;對活性黑B-133廢水,脫色率隨pH值的變化無一定的規(guī)律.這樣的結(jié)果與染料廢水本身的組成與性質(zhì)有關(guān).由圖可知,廢水的pH值在2～11之間變化時(shí),酸性品紅、堿性品紅、活性黑B-133廢水的脫色率分別在91%～95%、97.5%～100%、92.5%～97.5%之間變化.從整體來看,pH值的變化對廢水脫色率沒有太大的影響.2.4活性炭用量對染料脫色率的影響為了確定最佳活性炭用量,取50mL初始濃度為250mg/L的酸性品紅、堿性品紅和活性黑B-133染料廢水在室溫下分別處理3.5、6、17h.染料廢水脫色率和活性炭量之間的變化曲線如圖4所示.當(dāng)在50mL酸性品紅、堿性品紅和活性黑B-133染料廢水中分別加入0.4、0.5、1.0g活性炭時(shí),廢水的脫色率均達(dá)到97%以上,色度稀釋倍數(shù)不超過50倍,達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn),繼續(xù)增加活性炭用量,廢水的脫色率增加很少.因此,濃度為250mg/L的酸性品紅、堿性品紅、活性黑B-133染料廢水在室溫下的最佳活性炭用量分別為0.8%、1.0%、2.0%.2.5紅和活性黑b-33染料廢水的cocdr在最佳脫色條件下進(jìn)行活性炭吸附實(shí)驗(yàn),測定吸附前后染料廢水的CODCr值.濃度為250mg/L的酸性品紅、堿性品紅和活性黑B-133染料廢水吸附前的CODCr分別為102.36mg/L、467.81mg/L和181.13mg/L,吸附后三種染料廢水的CODCr均小于50mg/L,達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn).酸性品紅廢水CODCr的去除率較差,為63.28%;堿性品紅和活性黑B-133廢水CODCr的去除率較高,分別為95.66%和84.62%.3最佳活性炭用量的確定活性炭對染料廢水有良好的脫色效果.酸性品紅廢水的脫色最容易,堿性品紅廢水次之,活性黑B-133廢水最難.染料廢水的脫色率隨溫度的升高而增加,pH值對染料廢水的脫色效果沒有太大的影響.活性炭量是影響染料廢水脫色率的主要因素,對濃度為250mg/L的酸性染料、堿性染料、活性黑B-133染料廢水,室溫下的最佳活性炭用量分別為0.8%、1.0%、2.0%.在最佳的吸附工藝條件下,酸性品紅、堿性品紅和活性黑B-133染料廢水的脫色率均超過97%,出水的色度稀釋倍數(shù)不大于50倍,COD小于50mg/L,達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn).考慮到分離出的活性炭仍具有部分吸附能力,而且活性炭價(jià)格貴.因此,可以利用這些活性炭處理染料廢水