污泥炭處理甲基橙模擬廢水實驗初探

梁春艷

摘要：目前，印染行業(yè)染料廢水脫色問題仍然是一大難題。本文利用活性炭吸附脫色的特點，以甲基橙模擬印染廢水，通過對模擬染料廢水及各種影響因素的研究，試圖找到一種處理效率高、經(jīng)濟效率高的新方法。實驗所用活性炭是用剩余污泥制備而來，實現(xiàn)了對剩余污泥的資源化利用。實驗證明，在一定條件下污泥炭對甲基橙模擬廢水有良好的吸附脫色效果。

關(guān)鍵詞：污泥炭；活性炭；甲基橙；染料廢水

1、引言

根據(jù)國家環(huán)保總局對我國水環(huán)境污染現(xiàn)狀的統(tǒng)計與調(diào)查，我國的江河、湖泊及近海流域已普遍受到不同程度的污染，造成污染的主要因素是工業(yè)廢水和生活污水。紡織印染工業(yè)在生產(chǎn)過程中排放大量的廢水和廢渣會對環(huán)境產(chǎn)生污染，其中以印染行業(yè)排放的廢水對環(huán)境的污染最為嚴重。該廢水含有纖維原料本身的夾帶物，以及加工過程中所用的漿料、油劑、燃料和化學(xué)助劑等，使廢水成分復(fù)雜，具有抗氧化、抗生物降解等特點，成為我國水域的重點污染源。印染廢水中的染料品種繁多，結(jié)構(gòu)各異，而且各種物質(zhì)之間還具有協(xié)同增強的作用，使印染廢水的脫色成為主要問題。活性炭吸附脫色技術(shù)是一項有效的治理印染廢水的方法之一，通過對模擬染料廢水及各種影響因素的研究，希望能找到一種處理效率高、經(jīng)濟效率高的新方法。用剩余污泥制備活性炭，實現(xiàn)了對剩余污泥的資源化利用，為制備活性炭的原料來源開辟新途徑，達到“以廢治廢、循環(huán)經(jīng)濟”的目的。

1.1染料廢水的來源與危害

印染廢水主要來自印染加工過程中前處理、染色、印花、整理工序。其主要廢水有以下幾種：含鹽有機物有色廢水，無機鹽濃度在15%-25%之間；氯化或溴化廢水；含有微酸微堿的有機廢水；含有銅、鉛、鉻、錳、汞等金屬離子的有色廢水；含硫的有機廢水。印染廢水的色澤深，影響著水體外觀。造成水體有色的主要因素是染料。目前全世界染料年總生產(chǎn)量在60萬t以上，其中50%以上用于紡織品染色，而在紡織品印染加工中，有10%～20%的染料作為廢物排出。印染廢水的色度嚴重，用一般的生化法難以去除。

1.2染料廢水現(xiàn)行的處理方法

1.2.1物理化學(xué)處理法

（1）吸附法。吸附法是利用多孔性固體吸附劑來處理廢水的方法。在印染廢水處理中所用的吸附劑主要有活性炭、焦碳、硅聚合物、硅藻土、高嶺土和工業(yè)爐渣等，不同吸附劑對染料有選擇性。影響吸附的條件有溫度、接觸時間和pH值等[1]，開發(fā)高效廉價的吸附劑是吸附法的研究方向。

（2）超濾法。超濾是利用一定的流體壓力推動力和孔徑在20～200A的半透膜實現(xiàn)高分子和低分子的分離。超濾過程的本質(zhì)是一種篩濾過程，膜表面的孔隙大小是主要的控制因素。此法只能處理所含染料分子粒徑較大的印染廢水。優(yōu)點是不會產(chǎn)生副作用、可以使水循環(huán)使用。

1.2.2化學(xué)處理法

廢水的化學(xué)處理法是利用化學(xué)反應(yīng)的原理及方法來分離回收廢水中的污染物，或是改變它們的性質(zhì)，使其無害化的一種處理方法。在印染廢水處理中常用的有絮凝沉淀法、電化學(xué)法、化學(xué)氧化法及光催化氧化法等。

（1）絮凝沉淀法。絮凝沉淀法的關(guān)鍵是絮凝劑。應(yīng)用于印染廢水處理方面的絮凝劑主要有鐵鹽、鋁鹽、生物高分子[2]。高分子絮凝劑可能存在毒性，加之價格昂貴等原因，故很少應(yīng)用。鐵鹽絮凝效果不錯，但鐵離子使用時對設(shè)備有強腐蝕性。應(yīng)用最廣泛的是鋁鹽，主要有硫酸鋁、氯化鋁、明礬、聚合氯化鋁等。硫酸鋁是廢水處理中使用最早、最多的絮凝劑，但由于它存在著成本高、投量大、會降低出水pH值等缺點，已逐漸被聚合氯化鋁（PAC）代替。后來又制造出含不同陰離子的新型聚合鋁絮凝劑如聚硫氯化鋁（PACS）、聚磷氯化鋁（PACP）[3]。

（2）電化學(xué)法。電化學(xué)法是廢水處理中的電解質(zhì)在直流電的作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的過程。廢水中的污染物在陽極被氧化，在陰極被還原，或者與電極反應(yīng)產(chǎn)物作用，轉(zhuǎn)化為無害成分被分離除去。它是一種簡單、經(jīng)濟、有效的方法。在電解時使用可溶性陽極（鐵、鋁）等，使其產(chǎn)生Fe3+、Al3+等離子，經(jīng)水解聚合成絮凝劑，從而達到去除印染廢水中BOD、COD、色度的效果。

（3）化學(xué)氧化法。化學(xué)氧化法分為空氣氧化法、氯氧化法及臭氧氧化法等，是印染廢水脫色處理的主要方法。其機理是利用氧化劑將染料不飽和的發(fā)色基團打破而脫色，常見的有組合法和催化氧化法等。

（4）光催化氧化法。光催化氧化法效果好、無二次污染，是一種很有前途的印染廢水脫色新方法。據(jù)吳峰等[4]報道，用Fe3+-羥基配合物作為催化劑，在pH值為3～5時進行紫外、可見光光解實驗，可使Fe3+-草酸鹽配合物溶解氧體系產(chǎn)生H2O2 及·OH自由基，從而打斷染料分子的不飽和鍵而脫色。

1.2.3生物化學(xué)法

生物化學(xué)法是利用自然環(huán)境中的微生物，對廢水中的某些物質(zhì)進行氧化分解作用，主要是利用印染廢水中的大部分有機物都具有可生物降解性來脫色。生物化學(xué)法脫色率一般可達50%左右，但由于印染廢BOD/COD 值小，限制微生物效能，對COD去除率不高。生化處理法包括好氧法和厭氧法。處理印染廢水的好氧法常見的有活性淤泥法、氧化溝法、生物塘法、接觸氧化法、曝氣法等。而厭氧法對含有偶氮基、蒽醌基、三苯甲烷基的染料均可降解。

1.3利用活性炭處理染料廢水

活性炭吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附主要發(fā)生在活性炭去除液相和氣相雜質(zhì)的過程中，活性炭的多孔結(jié)構(gòu)提供了大量的表面積，從而使其非常容易達到吸收雜質(zhì)的目的，而且活性炭孔壁上大量的分子可以產(chǎn)生強大的引力，能達到將介質(zhì)中的雜質(zhì)吸引到孔徑中的目的。必須指出的是，這些被吸附的雜質(zhì)的分子直徑必須小于活性炭的孔徑，才能保證雜質(zhì)被吸收到孔徑中。除了物理吸附，化學(xué)反應(yīng)也經(jīng)常發(fā)生在活性炭的表面。活性炭不僅含碳，而且在其表面含有少量的化學(xué)結(jié)合、功能團形式的氧和氫，例如羧基、羥基、酚類等，這些表面含有的氧化物或絡(luò)合物可以與被吸附的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而與被吸附物質(zhì)結(jié)合聚集到活性炭的表面。endprint

1.4活性炭吸附處理染料廢水發(fā)展前景

染料廢水的脫色是急待解決的難題，因此研究活性炭吸附對染料廢水脫色的研究具有現(xiàn)實意義。但活性炭再生比較難、成本較高是限制活性炭吸附法的一大原因。因此，提高活性炭再生技術(shù)，循環(huán)利用活性炭降低成本是今后研究的重點。同時，鑒于活性炭處理的特殊性質(zhì)，將其與其他化學(xué)劑及與其它方法耦合，處理染料廢水效果就會更好，因此，現(xiàn)時大多數(shù)有關(guān)活性炭吸附法處理染料廢水的報道不斷推陳出新，有著良好的發(fā)展前景。

2、實驗部分

2.1實驗材料

2.1.1 實驗設(shè)備及器具

全溫培養(yǎng)搖床、電熱鼓風(fēng)干燥箱、臺式酸度測定儀、電子分析天平、光柵紫外分光光度計、離心機、250mL錐形瓶、蒸餾水瓶、50mL離心管、滴管、洗耳球、漏斗、50mL小燒杯、1000mL容量瓶、玻璃棒、鑷子、濾紙、濾臺。

2.1.2 實驗材料

污泥炭和模擬廢水：甲基橙溶液（實驗用）

2.2 實驗方法

2.2.1污泥炭重金屬含量

污泥炭重金屬含量見表1。

表1 污泥炭重金屬含量

項目 含量/mg.kg-1

Cd 2.3

Pb 3.8

Zn 227

Cu 108

2.2.2污泥炭吸附處理染料廢水方法

取一定量污泥炭和甲基橙標準溶液于錐形瓶中，于生化振蕩培養(yǎng)箱中振蕩（220r/min）2h，按所需的時間、溫度進行吸附。吸附完畢后進行離心（3000r/min）10min，然后用漏斗和濾紙過濾，所得濾液移入比色管中進行測定，以蒸餾水為參比液，在464nm處測定甲基橙的吸光度。從標準曲線上查出對應(yīng)的吸光度，按下式計算色度去除率：

色度去除率R（%） =（反應(yīng)前后吸光度差/反應(yīng)前的吸光度）×100 %

2.3實驗結(jié)果與討論

2.3.1污泥炭投加量對色度去除率的影響

取1200mg/L的甲基橙溶液50mL置于250mL錐形瓶中，分別投加0.1g、0.3g、0.5g、1.0g、2.0g污泥炭，置于生化震蕩培養(yǎng)箱中震蕩120min（25℃ 220R/min），然后分別轉(zhuǎn)移至編好號的50mL的離心管中，密封靜止一段時間后置于高速離心機中離心10min（3000r/min），取上清液過濾，將得到的濾液轉(zhuǎn)移入比色管中進行測定，以實驗室制得的蒸餾水為參比液，在464 nm處測定甲基橙的吸光度。（見表2）

從表2看出，污泥炭的用量對印染廢水的脫色率有很大的影響。隨著污泥炭投加量的增加，脫色率也不斷提高，但用量超過0.3g后，對脫色率的影響不再明顯。繼續(xù)投加吸附率也不再發(fā)生明顯改變，達到飽和狀態(tài)。

2.3.2 甲基橙初始濃度對色度去除率的影響

取200mg/L，400mg/L，600mg/L，800mg/L，1200mg/L的甲基橙溶液50mL置于250mL錐形瓶中，投加0.3g污泥炭，置于生化震蕩培養(yǎng)箱中震蕩120min（25℃ 220R/min），然后分別轉(zhuǎn)移至編好號的50mL的離心管中，密封靜止一段時間后置于高速離心機中離心10min（3000r/min）。取上清液過濾，將得到的濾液轉(zhuǎn)移入比色管中進行測定，以實驗室制得的蒸餾水作為參比液，在464 nm 處測定甲基橙的吸光度。（見表3）

從表3不難看出，隨著初始濃度的提高，吸附量呈下降趨勢。可推測當(dāng)甲基橙濃度升高時，污泥炭吸附的甲基橙量幾乎一直是飽和狀態(tài)，其相對于溶液中殘余的甲基橙量的比值已經(jīng)相當(dāng)小，這是色度去除率下降的主要原因。

2.3.3不同振蕩時間對色度去除效果的影響

取1200mg/L的甲基橙溶液50mL置于250mL錐形瓶中，投加0.3g污泥炭，置于生化震蕩培養(yǎng)箱中震蕩120min（220R/min），分別調(diào)整震蕩時間為30min 50min 80min 100min 150min，然后分別轉(zhuǎn)移至編好號的50mL離心管中，密封靜止一段時間后置于高速離心機中離心10min（3000r/min）。取上清液過濾，將得到的濾液移入比色管中進行測定，以實驗室制得的蒸餾水為參比液，在464 nm處測定甲基橙的吸光度。（見圖1）

圖1顯示，延長吸附時間，印染廢水的脫色率隨之增大。當(dāng)吸附時間達到120min時，脫色率最高，繼續(xù)延長吸附時間，色度去除率會有所降低。說明在120min時吸附已經(jīng)達到飽和狀態(tài)。

2.3.4不同溫度對色度去除效果的影響

取1200mg/L的甲基橙溶液50mL置于250mL錐形瓶中，投加0.3g污泥炭，置于生化震蕩培養(yǎng)箱中震蕩120min（220r/min），分別調(diào)整震蕩時的溫度為15℃ 25℃ 40℃ 50℃ 60℃，然后分別轉(zhuǎn)移至編好號的50mL的離心管中，密封靜止一段時間后置于高速離心機中離心10min（3000r/min）。取上清液過濾，將得到的濾液轉(zhuǎn)移入比色管中進行測定，以實驗室制得的蒸餾水為參比液，在464 nm處測定甲基橙的吸光度。（見表4）

從表4上的數(shù)據(jù)看出，溫度對吸附率的影響較大，在15-60℃之間變化差值達到20%，而在25℃時吸附效果最佳。溫度再升高時，吸附效果開始下降。

2.3.5不同pH下對色度去除效果的影響

取1200mg/L的甲基橙溶液50mL置于250mL的錐形瓶中，投加0.3g污泥炭，分別調(diào)節(jié)pH為2，4，6，8，10。置于生化震蕩培養(yǎng)箱中震蕩120min（220R/min 25℃），然后分別轉(zhuǎn)移至編好號的50mL的離心管中，密封靜止一段時間后置于高速離心機中離心10min（3000r/min）。取上清液過濾，將得到的濾液轉(zhuǎn)移入比色管中進行測定，以實驗室制得的蒸餾水為參比液，在464 nm處測定甲基橙的吸光度。（見圖2）

從圖2不難看出，在pH=2時，脫色效果最好。不過總體來看，pH對印染廢水脫色率的影響并不大，從處理成本考慮，選擇印染廢水自身的pH比較合理。

3、結(jié)論

本文主要研究污泥炭對偶氮染料甲基橙的吸附性能，由實驗可知，污泥炭對甲基橙模擬廢水有良好的吸附脫色效果。污泥炭吸附處理甲基橙模擬廢水的最佳工藝條件：當(dāng)甲基橙濃度為1200mg/L時，吸附劑用量為6g/L，吸附時間為 120min，廢水的pH值為3，溫度為25℃，對印染廢水的脫色率為93.9%。

實驗研究了不同操作條件對活性炭吸附處理甲基橙模擬廢水的影響。實驗發(fā)現(xiàn)活性炭在強制分散下能更好的發(fā)揮其優(yōu)良的吸附特性。用剩余污泥制備活性炭，實現(xiàn)了對剩余污泥的資源化利用，為制備活性炭的原料來源開辟新途徑，達到“以廢治廢、循環(huán)經(jīng)濟”的目的。

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