臭氧法对酸性嫩黄G溶液的脱色效率和残留物的分析.pdf

臭氧法对酸性嫩黄G 溶液的脱色效率 和残留物的分析 ＊ 刘佳乐 罗汉金 韦朝海 郑刘春 王艾荣 华南理工大学环境科学与工程学院, 广州 510640 摘要 实验考察了臭氧对酸性嫩黄G 色度脱除和其溶液 pH 值的变化情况, 并对降解溶液中的残留物进行定量分析。 结果发现, 20 min 时, 脱色率达到97 . 5; 有酸性物质生成并使得溶液的 pH 值随反应时间的推移下降, pH 与脱色率总 体变化趋势一致。 经反应, 分子中的SO3Na基团大部分生成了 SO2- 4 ; N 并没有氧化成 NO - 2 、NO - 3 , 而是生成其它含 N 化合物。 关键词 酸性嫩黄G 脱色 臭氧 残留物 ＊国家自然科学基金项目 20277010 ; 2004 年归国留学基金 印染废水具有成分复杂、有机物含量高、色度高、 碱性大等特点, 各企业排放废水的化学性质如化学需 氧量 COD 、颜色、pH 均有很大差异 , 难以实现废水 处理的全面达标排放 [ 1 -5] 。臭氧氧化近几年来被广泛 应用于去除染料和印染废水的色度和难降解有机 物 [ 5- 8] 。但对降解前后染料分子的变化和降解后溶液 中残留物的分析研究罕见报道 ,缺乏微观上的理论指 导。本研究选用了酸性嫩黄 G 作为研究对象, 不仅 考察在不同反应时间下其色度脱除和溶液 pH 值的 变化情况 ,并且对降解前后其分子的变化和降解后溶 液中的残留物进行了理论与实验方面的解析 。 1 材料与方法 1. 1 实验材料 实验选用的染料为酸性嫩黄G 为纯化学染料。 1. 2 实验方法 将染料用超纯水配制成 5. 0、10. 0、15. 0、20. 0、 25. 0、 30. 0、35. 0、40. 0、50. 0 mg L 一系列标准溶液。 用紫外可见分光光度计扫描溶液在 200 ～ 800 nm 范 围内各个波段处的吸光度 ,确定该溶液的最大吸收波 长及其最大吸光度, 绘制标准曲线 。染料用超纯水配 制成 500 mL , 浓度为 300 mg L 的溶液 , 通入臭氧, 分 别在 0、 1、 3、5、 10、15、20、 25、30、40 min 时取样, 用 pH 计测定其 pH 值后, 在 λmax处测量样品溶液吸光度的 变化 。用傅立叶变换红外光谱仪测定染料的原溶液 及降解后的样品溶液 ,并对降解后的溶液进行离子色 谱的测定 。 2 结果与讨论 2. 1 脱色率的变化 图1 所示为酸性嫩黄 G 的脱色率随时间变化的 曲线 。由图1 可以看出 ,臭氧对酸性嫩黄G 的脱色效 果非常好 。在 20 min 内, 染料的浓度均急剧下降, 脱 色率达到了 97. 5。从化学反应动力学原理来看, 0～ 20 min范围内是属于快速反应阶段 ,脱色速率快; 而21～ 40 min 的范围内 ,由于化学反应速度随着时间 的推移而逐渐缓慢 ,脱色速率也逐渐趋于平缓, 但在 40 min 时 ,酸性嫩黄 G 的脱色率已达到了 98. 7。 图 1 脱色率随时间的变化 2. 2 pH 的变化 图2 为实验染料样品溶液的pH 值随时间变化的 曲线。结果表明 ,在臭氧脱色过程中, 样品溶液的 pH 值随反应时间的推移而降低 ; 在 40 min 时, 酸性嫩黄 G的 pH 值为 3. 47, Δ pH 达到 3. 12。由图 2 可知, 在 20 min 内, 染料的脱色速率急剧增加的同时其溶液的 pH 值下降趋势明显; 20 min 之后 ,随着脱色速率的降 低其 pH 值降低趋势也趋于平缓 。说明染料分子降 解速率越快 , 其溶液的 pH 值的下降速率也越快, 两 者的总体变化趋势是一致的。由此可以推断出在臭 76 环 境 工 程 2007年 2 月第25 卷第1 期 氧降解染料的过程中产生了新的酸性物质,主要原因 为 ① O3与水反应后释放出 H ; ②染料分子可能分 解成为小分子有机酸或生成了无机酸。 图2 样品溶液 pH 值随时间的变化 2. 3 分子结构的变化 根据文献[ 10] 的分析方法, 在偶氮染料分子中, 最重要的特征官能团 NN是含有 π电子的原 子团 ,它的特征频率在1 630 ～ 1 575 cm -1 。由图 3 可 以看出经反应后 , NN的吸收峰的强度已明显 减弱 ; 这说明了 NN基团在反应过程中被臭氧 氧化, 但在 40 min 时并没有降解完全。在降解前的 红外光谱曲线中 ,在苯的 5 个特征吸收区域中都有芳 烃化合物的吸收峰, 且在 810 ～ 875 cm -1处有萘环的 吸收峰 ,故原染料分子中含有复杂的苯环结构 ; 而降 解后只在1 650～ 1 400 cm - 1 处有苯环的特征吸收峰, 萘环的吸收峰已经消失; 这说明复杂的苯环化合物被 降解成为单一的苯环化合物。在3 400 ～ 3 664 cm -1 之间的游离 OH 经反应后其吸收峰明显降低 ,可推 测出其与 pH 降低有关 ; 在1 420～ 1 250 cm -1 之间的 醇OH 经反应后已完全被降解。另外, 在降解后的 红外光谱曲线中 ,在2 360～ 2 300 cm -1处的吸收峰是 空气 中 CO2的 吸 收 峰, 670 cm -1 处 新 生 成 了 CC 的吸收峰。 图3 酸性嫩黄G 降解前后红外光谱 通过上述分析可知 ,经过反应, 酸性嫩黄 G 溶液 中复杂的分子已降解为苯、CC 等简单有机化 合物 。 2. 4 残留物成分的分析 表1 所示的是用化学计量法计算的 300 mg L 的 酸性嫩黄G 溶液中 N、 S 的理论含量与用离子色谱仪 测定出的经过 40 min 降解反应后的溶液中 NO - 2、 NO - 3、 SO 2- 4实际含量的对比。 表1 酸性嫩黄 G中 N、S 元素理论含量与实际含量的对比mg L 化学计量法计算出的理论浓度离子色谱仪测定出的阴离子浓度 NSNO - 2 NO- 3 SO2- 4 3. 1580 . 789000 . 738 通过数据对比可知 ,降解后的溶液中并不含有 NO - 2、 NO - 3, 这说明酸性嫩黄 G 分子中的 N 经过反应 后并没有转化成 NO - 2、 NO - 3, 而是生成了其它的含 N 化合物 。推测其原因是含NN化合物易被 O3氧化 生成N2,其不能进一步转化生成NO - 2、 NO - 3。染料分 子与O3反应后 ,染料中结合的 SO3H 基团大部分生 成了 SO 2- 4。通过降解后的溶液中 H 的含量和计算 出的 NO - 2、 NO - 3、SO 2- 4结合生成无机酸中 H 含量的 比较, 发现前者远大于后者 ,因此推断出降解后的溶 液中含有有机酸 。 3 结论 1 在染料样品溶液初始浓度为 300 mg L, 臭氧 通入量为 3～ 4 g h 的条件下。在 40 min 时脱色率达 到了 98. 7 。 2 在臭氧脱色过程中 ,有酸性物质生成并使得 溶液的 pH 值随反应时间的推移下降, 说明染料分子 降解速率与 pH 值下降的总体变化趋势一致 。 3 臭氧氧化脱色表现为复杂的染料分子被降解 成为简单的有机化合物。通过数据对比 ,可推断出降 解后的样品溶液中含有有机酸 。 参考文献 [ 1 ] Perkowski J. , Kos L. , Ledaowicz S. . 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C. 莫里尔. 有机化合物光谱 鉴定. 姚海文译. 第二版. 北京 科学出版社, 1988 96 -156. 作者通讯处 罗汉金 510640 广州市 华南理工大学环境科学与 工程学院 电话 020 87114142 E -mail luohj scut. edu. cn 2006- 04-04 收稿 气浮-水解- 接触氧化工艺处理蜡防印花废水技术 吴晓航 福建工程学院环境与设备工程系, 福州 350007 许 翔 福建省环境保护设计院, 福州 350003 摘要 介绍采用气浮-水解-接触氧化工艺处理蜡防印花废水技术。 工程实践运行表明, 该工艺处理效果好、运行稳 定。 各项指标均可达到纺织染整工业水污染物排放标准 GB4287 -1992 二级排放标准。 关键词 气浮 水解 接触氧化 蜡防印花 福建冠盛印染实业有限公司是一家中外合资的 中型印染企业, 主要从事蜡防印花布的印染加工。该 厂采用“气浮-水解-接触氧化”工艺处理废水, 经过 3 个月的调试运行后通过竣工环境保护验收 , 出水可 达到纺织染整工业水污染物排放标准 GB4287- 1992 中表 3的二级排放标准 ,同时回收大量蜡脂 ,在 降低生产成本的同时 , 减少污泥的处理, 既经济又 环保 。 1 废水的性质 生产废水主要产生于煮练 、漂白 、退蜡碱洗和水 洗等工序 ,废水由管道输送到废水处理站集中处理。 废水处理前水质见表 1。 表 1 处理前水质 项目pH 值 水温 ℃ CODCr mgL- 1 BOD5 mgL- 1 色度 稀 释倍数 悬浮物 mgL- 1 废水9 ～ 1040 ～ 505 000～ 6 000550～ 650500～ 700250 ～ 300 排放标准6～ 91804080100 考虑到生产过程中废水产生量的波动性 ,废水处 理系统的设计规模为1 300 m 3 d。 2 废水处理工艺 2. 1 工艺流程 废水处理工艺流程主要包括前处理单元 格栅、 调节池 、 气浮处理单元 射流气浮池 、 生化处理单元 水解酸化池、 生物接触氧化池 、 竖流式沉淀池 和污 泥处理单元 污泥浓缩池 、 污泥压滤脱水机 。 处理工艺流程见图 1。 图 1 废水处理工艺流程图 2. 2 主要处理单元特性说明 2. 2. 1 调节池 调节池总容积700 m 3 ,处理水量1 300 t d,调节时 间为 13 h, 能充分保证处理前的水质均匀 ,同时污水 温度从原来的 40～ 50 ℃降至 30 ℃ 左右。 2. 2. 2 射流气浮池 射流气浮池有效容积 80 m 3 ,水力停留时间 1 h,接 触区上升流速为 10 mm s,设有溶气释放器 6 个; 分离 区上升流速 1. 0 mm s,回流溶气水 30,池底设有 2根 78 环 境 工 程 2007年 2 月第25 卷第1 期 Xiaolangdi Reservoir 3 years before its completion and 4 years after its completion, using the single factor uation . The result indicated that after the completion of Xiaolangdi Reservoir completed, although the water quality in the reservoir head section continuously changes for the worse, yet that below the dam obviously changes for the better. Which shows that the water inXiaolangdi Reservoir has a strong ability for purifying the pollutants of the original water, thus improving the water quality of downstream reach. Keywords Xiaolangdi Reservoir,water quality uation, single factor uation and influence ANALYSIS OFDECOLORIZATIONEFFICIENCYBYOZONATION ANDRESIDUESIN SOLUTION OF ACID LIGHT YELLOW GLiu Jiale Luo Hanjin Wei Chaohai et al 76 Abstract It was investigated the decolorization of acid light yellow G by ozonation, change in pH of its solution, and the residues in the degraded solution. The result indicated that the decolorization efficiency reached 97. 5 in 20 min, and some acid materials could be produced, causing the devease in pH value with increasing the reaction time. The trend of the pH change was consistence with the decoloziration efficiency. SO3Na in the dye molecule was generated into SO2- 4, nitrogen was degraded to the compounds containing N, but not NO - 2andNO - 3. Keywords acid light yellow G, decolorization, ozone and residue USING FLOATATION -HYDROLYSIS-CONTACT OXIDATION PROCESS TO TREATBATIK WASTEWATERWu Xiaohang Xu Xiang 78 Abstract The application of floatation -hydrolysis -contact oxidation process to treat batik wastewater was presented. It is indicated by the practical operation project that the technique has high efficency of treatment and stable operation. It is found that all the inds can meet the second -order of“Wastewater Pollutants Discharge Standard for Textile Printing Industry” GB4287 -1992. Keywords floatation, hydrolysis, contact oxidation process and batik TREATMENT TECHNOLOGY OF CLEANER PRODUCTION OF MONOSODIUM GLUTAMATE WASTEWATERWang Hongmei Wang Donghui Zhao Baoguo 80 Abstract It is introduced that the treatment technology of cleaner production of monosodium glutamate wastewater MGW. The application result showed the treatment technology of cleaner production can save energy and lower cost as compared with the traditional technologies of physico -chemical treatment and bio -chemical treatment. Keywords monosodium glutamate wastewater, cleaner production, wastewater treatment and treatment technology TREATING ECONOMICALLY AND HIGH EFFICIENTLY THE DOMESTIC SEWAGE FROM URBAN HOUSING ESTATEZhou Jijun YaoYaming Cui Shujun et al 82 Abstract According to the domestic sewage treatment engineering example of Beijing Yunhu Holiday Village, it was introduced the integrated sewage treatment technology of pre -aerated adjust ment -biochemical reaction -biologic filtration -sanitizing. Practice testified that this technology possessed the economical and efficient characteristics, and is fit for national conditions in China. Keywords domestic sewage, CODCrand up to the first -class discharged standard DEVELOPMENT OF BIOLOGICAL PHOSPHORUS REMOVAL INWASTERWATER TREATMENT PROCESSWang Rongbin Li Jun Zhang Ning et al 84 Abstract It was introduced the development of biological phosphorus removal in wastewater treatment process, and was also discussed the principles and new techniques of biological denitrification and phosphorus removal. Itwas analyzed the influencing factors, as well as the meritsand demerits of denitrifying phosphorus removal. Itwas also pointed out that this processwas suitable for sewage treatmentwith low carbon-phosphorus ratio and carbon-nitrogen ration, as well as the problems to be solved in actual use. Keywords biological phosphorus removal, denitrifying phosphorus removing and wasterwater treatment Sponsor Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Publisher Industrial Construction Magazine Agency Editor The Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road,Haidian District, Beijing 100088, China Telephone 01082227637、82227638 Fax 01082227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O . Box 399, Beijing China China Standard Serial Numbering ISSN1000-8942 CN11-2097 X E -mail Addresshjgcpublic. yj. cn. net hjgcmail. yj. cn. net WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn http www. hjgc. net. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25, No. 1,Feb. , 2007