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超声辅助活性炭对染料废水处理实验

2019/11/19 阅读:

摘要:活性炭被广泛应用在废水处理研究中,具有效率高,效果好等特点,利用超声辅助活性炭处理亚甲基蓝模拟染料废水,研究活性炭投加量、超声时间、超声温度、超声功率、模拟染料废水浓度等因素对模拟染料废水去除效果的影响,实验结果表明,当亚甲基蓝废水浓度为3mg•L-1,活性炭投加量为0.8g•L-1,超声温度为80℃,超声时间为60min,超声功率为400W时,染料废水的去除效果最好,去除率为96.36%。

关键词:超声波;活性炭;亚甲基蓝

近年来,我国社会发展、经济技术不断提高,人们对染料的需求也越来越大。在染料生产过程中,污染物的排放量也持续增加,对水体环境、人类健康、空气等造成了很大的危害[1]。染料种类不断增加,使人们的生产生活极大丰富,生活质量极大提高,但与此同时染料废水的数量不断增加,这些废水排放到环境水体中,导致对自然水体的污染[2]。目前,对于染料污水的污染处理方法主要有吸附法、混凝法、电化学法、生物氧化法、氧化法(化学氧化,微博协同法,光催化法)等[3]。活性炭本身是一种应用广泛的吸附剂,在工业废废料处理行业有广泛应用,目前,活性炭主要是利用煤、石油焦、木屑及果壳等原料制备。而利用超声波辅助活性炭处理染料废水中的各种有机污染物,是一项新型水处理技术[4]。

1实验部分

1.1仪器及试剂

KQ-500VDE型双频数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);V5000型可见分光光度计(上海元析仪器有限公司);EXS380型玻璃仪器气流干燥器(郑州长城科工贸有限公司);SHZ-D(Ⅲ)型循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限公司);PHS-3C型数显pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司);JA2003型电子天平(北京赛多丽斯仪器有限公司);TDL-4A型台式低速大容量离心机(常州中捷实验仪器制造有限公司);DHG-101型电热恒温转风干燥器(上海一恒科学仪器有限公司)。活性炭为实验室(自制);盐酸(HCl)(哈尔滨市新达化工厂),亚甲基蓝(天津市天新精细化工开发中心),为分析纯。

1.2实验方法

1.2.1模拟染料废水配制(1)用万分之一天平称取亚甲基蓝4mg。(2)将染料放入50mL烧杯中,倒入20mL蒸馏水,用玻璃棒搅拌至染料全部溶解在蒸馏水中。(3)将烧杯中的溶液倒在1L的容量瓶中,再用蒸馏水冲洗小烧杯,将蒸馏水倒入大容量瓶中,再将染料定容到1L,此时亚甲基蓝浓度为4mg•L-1。(4)用可见光分光光度计测得亚甲基蓝吸光度为0.825。

1.2.3超声辅助活性炭处理亚甲基蓝染料废水实验方法染料色度去除率的计算方法:色度去除率=(AO-A)÷AO×100%式中AO:原水吸光度;A:处理后水的吸光度。(1)活性炭投加量单因素实验方法用天平称取质量分别为0.005、0.010、0.015、0.020、0.025、0.030、0.035g的活性炭。将40mL亚甲基蓝移入100mL锥形瓶中,此时活性炭投加量的浓度为0.125、0.250、0.375、0.500、0.625、0.750、0.875g•L-1,实验结束后,将处理后的染料废水置于台式低速大容量离心机(离心速度为5000r•min-1)中离心15min,取上清液置于波长为665nm下测定吸光度,利用公式计算出去除率。(2)超声时间单因素实验方法设置超声时间为5、10、15、20、40、60、80min。将40mL亚甲基蓝移入100mL锥形瓶中,不调节溶液pH值,将其放入双频数控超声波清洗器内,调整各使用条件,按下开关的同时在锥形瓶中快速加入一定质量的活性炭,实验结束后,将处理后的染料废水置于台式低速大容量离心机(离心速度为5000r•min-1)中离心15min,取上清液分别置于波长为665nm下测定吸光度,利用公式计算出去除率。(3)超声温度单因素实验方法设置超声温度为20、40、60、80、100℃。将40mL亚甲基蓝移入100mL锥形瓶中,不调节溶液pH值,将其放入双频数控超声波清洗器内,调整使用条件,按下开关的同时在锥形瓶中快速加入一定质量的活性炭,实验结束后,将处理后的染料废水置于台式低速大容量离心机(离心速度为5000r•min-1)中离心15min,取上清液置于波长为665nm下测定吸光度,利用公式计算出去除率。(4)超声功率单因素实验设置超声功率为100、200、300、400、500W。将40mL亚甲基蓝移入100mL锥形瓶中,不调节溶液pH值,将其放入双频数控超声波清洗器内,调整各使用条件,按下开关的同时在锥形瓶中快速加入一定质量的活性炭,实验结束后,将处理后的染料废水置于台式低速大容量离心机(离心速度为5000r•min-1)中离心15min,取上清液分别置于波长为665nm下测定吸光度,利用公式计算出去除率。(5)染料废水浓度单因素实验设置亚甲基蓝废水浓度为1、2、3、4、5mg•L-1。将40mL亚甲基蓝移入100mL锥形瓶中,不调节溶液pH值,将其放入双频数控超声波清洗器内,调整各使用条件,按下开关的同时分别在锥形瓶中快速加入一定质量的活性炭,实验结束后,将处理后的染料废水置于台式低速大容量离心机(离心速度为5000r•min-1)中离心15min,取上清液置于波长为665nm下测定吸光度,利用公式计算出去除率。

2结果与讨论

在该实验部分,利用超声辅助活性炭的方法,研究不同处理工艺条件对亚甲基蓝染料废水色度去除效果的影响。

2.1活性炭投加量对亚甲基蓝染料废水去除效果的影响

设置实验条件为:超声时间:20min;超声温度:20℃;超声功率:200W。研究不同的活性炭投加量对亚甲基蓝色度去除效果的影响。实验结果见图1。由图1可以看出,随着活性炭投加量的增加,亚甲基蓝废水色度去除率呈现出逐渐增大然后逐渐稳定的趋势。从实验结果看,当活性炭投加量在0.8g•L-1时,去除率达到96.36%,之后随着活性炭的用量增加,去除效果未有明显提高。这或许是因为随着活性炭投加量的增加,亚甲基蓝色度去除逐渐达到饱和,所以当活性炭投加量再增加时,亚甲基蓝色度去除率未提高[5]。

2.2超声时间对亚甲基蓝染料废水去除效果的影响

设置实验条件为:活性炭投加量:0.8g•L-1;超声功率:200W;超声温度:20℃。研究不同的超声时间对亚甲基蓝色度去除效果的影响。实验结果见图2。由图2可以看出,随着超声时间的增加,亚甲基蓝废水色度去除率呈现出逐渐增大然后逐渐稳定的趋势。从实验结果看,当超声时间在60min时,去除率达到94.55%,之后随着超声时间增加,去除效果未有明显提高。这是由于超声时间越长,越多的大分子被裂解成小分子,当超声到一定时间时,溶液中可裂解的大分子均已被打碎,继续增加超声时间也不会强化吸附,脱色率基本保持不变。

2.3超声温度对亚甲基蓝染料废水去除效果的影响

设置实验条件为:活性炭投加量:0.8g•L-1;超声功率:200W;超声时间:60min。研究不同的超声温度对亚甲基蓝色度去除效果的影响。实验结果见图3。由图3可以看出,随着超声温度的增加,亚甲基蓝废水色度去除率呈现出逐渐增大然后逐渐稳定的趋势。从实验结果看,当超声温度在80℃时,处理效果最好,去除率达到94.55%。这是由于温度的增加,废水中参与反应的分子无规则运动加快,动能增加,与活性炭的接触机会增加,使反应速率加快[6]。另外超声的空化作用也会增强染料分子与活性炭的接触,同时也会降解部分亚甲基蓝。

2.4超声功率对亚甲基蓝染料废水去除效果的影响

设置实验条件为:活性炭投加量:0.8g•L-1;超声温度:80℃;超声时间:60min。研究不同的超声功率对超声功率色度去除效果的影响。实验结果见图4。由图4可以看出,随着超声功率的增加,亚甲基蓝废水色度去除率呈现出逐渐增大然后逐渐稳定的趋势。从实验结果看,当超声功率在400W时,去除率达到98.79%,之后随着超声功率增加,去除效果未有明显提高。这主要是因为随着超声功率的增加,超声的空化作用增强,从而促进了降解反应的进行,但是过高的功率又产生了一些限制条件,所以当超声功率再增加时,亚甲基蓝色度去除率未提高[7]。

2.5染料废水浓度对亚甲基蓝染料废水去除效果的影响

设置实验条件为:活性炭投加量:0.8g•L-1;超声温度:80℃;超声时间:60min;超声功率:400W。研究不同的亚甲基蓝废水浓度对去除率效果的影响。实验结果见图5。由图5可以看出,随着染料浓度的增加,亚甲基蓝废水去除率呈现出逐渐增大达到峰值然后逐渐下降的趋势。从实验结果看,当废水浓度在3mg•L-1时,去除率达到82.92%,之后随着废水浓度增加,去除效果逐渐降低。这或许是因为随着废水浓度的增加,活性炭投加量一定,活性炭吸附效果有限,所以当废水浓度再增加时,亚甲基蓝去除率逐渐降低。

3结论

本实验以超声辅助活性炭,研究不同实验条件对亚甲基蓝染料去除效果的影响。结合实验及相关分析得到以下结论:对活性炭进行了预处理,以亚甲基蓝染料废水为原料,通过研究活性炭投加量、超声时间、超声温度、超声功率、染料废水浓度等因素,发现在一定范围内,亚甲基蓝染料去除率随着上述影响因素的增大均表现出升高的趋势,由实验显示:当亚甲基蓝废水浓度为3mg•L-1,活性炭投加量为0.8g•L-1,超声温度为80℃,超声时间为60min,超声功率为400W时,超声辅助活性炭对染料去除效果最好,去除率为96.36%。

参考文献

[1]董殿波.印染废水处理技术研究进展[J].环保技术,2015,52(4):56-62.

[3]丁绍兰,李郑坤,王睿.染料废水处理技术综述[J].水资源保护,2010,26(3):72-78.

[4]黎梅,李记太,孙汉文.超声技术处理水中有机污染物[J].化学进展,2008,20(7):1187-1195.

[5]马江权,郭楠,姜爱霞,等.改性活性炭对亚甲基蓝的吸附动力学[J].江苏工业学院学报,2009,21(4):29-32.

[6]田鑫,王宏.超声前处理强化颗粒及粉末状活性炭吸附处理染料废水[J].浙江化学工业环保技术,2015,46(12):30-34.

[7]白晓龙,杨春和,姚进一.超声辅助活性炭处理两种不同染料废水研究[J].工业安全与环保,2015,41(11):37-39.

作者:许锦香 徐忠 吴仔朦 施迎 代秋萍 张婷 刘强 单位:哈尔滨商业大学

超声辅助活性炭对染料废水处理实验

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