污泥炭处理甲基橙模拟废水实验初探

梁春艳

摘要：目前，印染行业染料废水脱色问题仍然是一大难题。本文利用活性炭吸附脱色的特点，以甲基橙模拟印染废水，通过对模拟染料废水及各种影响因素的研究，试图找到一种处理效率高、经济效率高的新方法。实验所用活性炭是用剩余污泥制备而来，实现了对剩余污泥的资源化利用。实验证明，在一定条件下污泥炭对甲基橙模拟废水有良好的吸附脱色效果。

关键词：污泥炭；活性炭；甲基橙；染料废水

1、引言

根据国家环保总局对我国水环境污染现状的统计与调查，我国的江河、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业废水和生活污水。纺织印染工业在生产过程中排放大量的废水和废渣会对环境产生污染，其中以印染行业排放的废水对环境的污染最为严重。该废水含有纤维原料本身的夹带物，以及加工过程中所用的浆料、油剂、燃料和化学助剂等，使废水成分复杂，具有抗氧化、抗生物降解等特点，成为我国水域的重点污染源。印染废水中的染料品种繁多，结构各异，而且各种物质之间还具有协同增强的作用，使印染废水的脱色成为主要问题。活性炭吸附脱色技术是一项有效的治理印染废水的方法之一，通过对模拟染料废水及各种影响因素的研究，希望能找到一种处理效率高、经济效率高的新方法。用剩余污泥制备活性炭，实现了对剩余污泥的资源化利用，为制备活性炭的原料来源开辟新途径，达到“以废治废、循环经济”的目的。

1.1染料废水的来源与危害

印染废水主要来自印染加工过程中前处理、染色、印花、整理工序。其主要废水有以下几种：含盐有机物有色废水，无机盐浓度在15%-25%之间；氯化或溴化废水；含有微酸微碱的有机废水；含有铜、铅、铬、锰、汞等金属离子的有色废水；含硫的有机废水。印染废水的色泽深，影响着水体外观。造成水体有色的主要因素是染料。目前全世界染料年总生产量在60万t以上，其中50%以上用于纺织品染色，而在纺织品印染加工中，有10%～20%的染料作为废物排出。印染废水的色度严重，用一般的生化法难以去除。

1.2染料廢水现行的处理方法

1.2.1物理化学处理法

（1）吸附法。吸附法是利用多孔性固体吸附剂来处理废水的方法。在印染废水处理中所用的吸附剂主要有活性炭、焦碳、硅聚合物、硅藻土、高岭土和工业炉渣等，不同吸附剂对染料有选择性。影响吸附的条件有温度、接触时间和pH值等[1]，开发高效廉价的吸附剂是吸附法的研究方向。

（2）超滤法。超滤是利用一定的流体压力推动力和孔径在20～200A的半透膜实现高分子和低分子的分离。超滤过程的本质是一种筛滤过程，膜表面的孔隙大小是主要的控制因素。此法只能处理所含染料分子粒径较大的印染废水。优点是不会产生副作用、可以使水循环使用。

1.2.2化学处理法

废水的化学处理法是利用化学反应的原理及方法来分离回收废水中的污染物，或是改变它们的性质，使其无害化的一种处理方法。在印染废水处理中常用的有絮凝沉淀法、电化学法、化学氧化法及光催化氧化法等。

（1）絮凝沉淀法。絮凝沉淀法的关键是絮凝剂。应用于印染废水处理方面的絮凝剂主要有铁盐、铝盐、生物高分子[2]。高分子絮凝剂可能存在毒性，加之价格昂贵等原因，故很少应用。铁盐絮凝效果不错，但铁离子使用时对设备有强腐蚀性。应用最广泛的是铝盐，主要有硫酸铝、氯化铝、明矾、聚合氯化铝等。硫酸铝是废水处理中使用最早、最多的絮凝剂，但由于它存在着成本高、投量大、会降低出水pH值等缺点，已逐渐被聚合氯化铝（PAC）代替。后来又制造出含不同阴离子的新型聚合铝絮凝剂如聚硫氯化铝（PACS）、聚磷氯化铝（PACP）[3]。

（2）电化学法。电化学法是废水处理中的电解质在直流电的作用下发生电化学反应的过程。废水中的污染物在阳极被氧化，在阴极被还原，或者与电极反应产物作用，转化为无害成分被分离除去。它是一种简单、经济、有效的方法。在电解时使用可溶性阳极（铁、铝）等，使其产生Fe3+、Al3+等离子，经水解聚合成絮凝剂，从而达到去除印染废水中BOD、COD、色度的效果。

（3）化学氧化法。化学氧化法分为空气氧化法、氯氧化法及臭氧氧化法等，是印染废水脱色处理的主要方法。其机理是利用氧化剂将染料不饱和的发色基团打破而脱色，常见的有组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、无二次污染，是一种很有前途的印染废水脱色新方法。据吴峰等[4]报道，用Fe3+-羟基配合物作为催化剂，在pH值为3～5时进行紫外、可见光光解实验，可使Fe3+-草酸盐配合物溶解氧体系产生H2O2 及·OH自由基，从而打断染料分子的不饱和键而脱色。

1.2.3生物化学法

生物化学法是利用自然环境中的微生物，对废水中的某些物质进行氧化分解作用，主要是利用印染废水中的大部分有机物都具有可生物降解性来脱色。生物化学法脱色率一般可达50%左右，但由于印染废BOD/COD 值小，限制微生物效能，对COD去除率不高。生化处理法包括好氧法和厌氧法。处理印染废水的好氧法常见的有活性淤泥法、氧化沟法、生物塘法、接触氧化法、曝气法等。而厌氧法对含有偶氮基、蒽醌基、三苯甲烷基的染料均可降解。

1.3利用活性炭处理染料废水

活性炭吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在活性炭去除液相和气相杂质的过程中，活性炭的多孔结构提供了大量的表面积，从而使其非常容易达到吸收杂质的目的，而且活性炭孔壁上大量的分子可以产生强大的引力，能达到将介质中的杂质吸引到孔径中的目的。必须指出的是，这些被吸附的杂质的分子直径必须小于活性炭的孔径，才能保证杂质被吸收到孔径中。除了物理吸附，化学反应也经常发生在活性炭的表面。活性炭不仅含碳，而且在其表面含有少量的化学结合、功能团形式的氧和氢，例如羧基、羟基、酚类等，这些表面含有的氧化物或络合物可以与被吸附的物质发生化学反应，从而与被吸附物质结合聚集到活性炭的表面。endprint

1.4活性炭吸附处理染料废水发展前景

染料废水的脱色是急待解决的难题，因此研究活性炭吸附对染料废水脱色的研究具有现实意义。但活性炭再生比较难、成本较高是限制活性炭吸附法的一大原因。因此，提高活性炭再生技术，循环利用活性炭降低成本是今后研究的重点。同时，鉴于活性炭处理的特殊性质，将其与其他化学剂及与其它方法耦合，处理染料废水效果就会更好，因此，现时大多数有关活性炭吸附法处理染料废水的报道不断推陈出新，有着良好的发展前景。

2、实验部分

2.1实验材料

2.1.1 实验设备及器具

全温培养摇床、电热鼓风干燥箱、台式酸度测定仪、电子分析天平、光栅紫外分光光度计、离心机、250mL锥形瓶、蒸馏水瓶、50mL离心管、滴管、洗耳球、漏斗、50mL小烧杯、1000mL容量瓶、玻璃棒、镊子、滤纸、滤台。

2.1.2 实验材料

污泥炭和模拟废水：甲基橙溶液（实验用）

2.2 实验方法

2.2.1污泥炭重金属含量

污泥炭重金属含量见表1。

表1 污泥炭重金属含量

项目 含量/mg.kg-1

Cd 2.3

Pb 3.8

Zn 227

Cu 108

2.2.2污泥炭吸附处理染料废水方法

取一定量污泥炭和甲基橙标准溶液于锥形瓶中，于生化振荡培养箱中振荡（220r/min）2h，按所需的时间、温度进行吸附。吸附完毕后进行离心（3000r/min）10min，然后用漏斗和滤纸过滤，所得滤液移入比色管中进行测定，以蒸馏水为参比液，在464nm处测定甲基橙的吸光度。从标准曲线上查出对应的吸光度，按下式计算色度去除率：

色度去除率R（%） =（反应前后吸光度差/反应前的吸光度）×100 %

2.3实验结果与讨论

2.3.1污泥炭投加量对色度去除率的影响

取1200mg/L的甲基橙溶液50mL置于250mL锥形瓶中，分别投加0.1g、0.3g、0.5g、1.0g、2.0g污泥炭，置于生化震荡培养箱中震荡120min（25℃ 220R/min），然后分别转移至编好号的50mL的离心管中，密封静止一段时间后置于高速离心机中离心10min（3000r/min），取上清液过滤，将得到的滤液转移入比色管中进行测定，以实验室制得的蒸餾水为参比液，在464 nm处测定甲基橙的吸光度。（见表2）

从表2看出，污泥炭的用量对印染废水的脱色率有很大的影响。随着污泥炭投加量的增加，脱色率也不断提高，但用量超过0.3g后，对脱色率的影响不再明显。继续投加吸附率也不再发生明显改变，达到饱和状态。

2.3.2 甲基橙初始浓度对色度去除率的影响

取200mg/L，400mg/L，600mg/L，800mg/L，1200mg/L的甲基橙溶液50mL置于250mL锥形瓶中，投加0.3g污泥炭，置于生化震荡培养箱中震荡120min（25℃ 220R/min），然后分别转移至编好号的50mL的离心管中，密封静止一段时间后置于高速离心机中离心10min（3000r/min）。取上清液过滤，将得到的滤液转移入比色管中进行测定，以实验室制得的蒸馏水作为参比液，在464 nm 处测定甲基橙的吸光度。（见表3）

从表3不难看出，随着初始浓度的提高，吸附量呈下降趋势。可推测当甲基橙浓度升高时，污泥炭吸附的甲基橙量几乎一直是饱和状态，其相对于溶液中残余的甲基橙量的比值已经相当小，这是色度去除率下降的主要原因。

2.3.3不同振荡时间对色度去除效果的影响

取1200mg/L的甲基橙溶液50mL置于250mL锥形瓶中，投加0.3g污泥炭，置于生化震荡培养箱中震荡120min（220R/min），分别调整震荡时间为30min 50min 80min 100min 150min，然后分别转移至编好号的50mL离心管中，密封静止一段时间后置于高速离心机中离心10min（3000r/min）。取上清液过滤，将得到的滤液移入比色管中进行测定，以实验室制得的蒸馏水为参比液，在464 nm处测定甲基橙的吸光度。（见图1）

图1显示，延长吸附时间，印染废水的脱色率随之增大。当吸附时间达到120min时，脱色率最高，继续延长吸附时间，色度去除率会有所降低。说明在120min时吸附已经达到饱和状态。

2.3.4不同温度对色度去除效果的影响

取1200mg/L的甲基橙溶液50mL置于250mL锥形瓶中，投加0.3g污泥炭，置于生化震荡培养箱中震荡120min（220r/min），分别调整震荡时的温度为15℃ 25℃ 40℃ 50℃ 60℃，然后分别转移至编好号的50mL的离心管中，密封静止一段时间后置于高速离心机中离心10min（3000r/min）。取上清液过滤，将得到的滤液转移入比色管中进行测定，以实验室制得的蒸馏水为参比液，在464 nm处测定甲基橙的吸光度。（见表4）

从表4上的数据看出，温度对吸附率的影响较大，在15-60℃之间变化差值达到20%，而在25℃时吸附效果最佳。温度再升高时，吸附效果开始下降。

2.3.5不同pH下对色度去除效果的影响

取1200mg/L的甲基橙溶液50mL置于250mL的锥形瓶中，投加0.3g污泥炭，分别调节pH为2，4，6，8，10。置于生化震荡培养箱中震荡120min（220R/min 25℃），然后分别转移至编好号的50mL的离心管中，密封静止一段时间后置于高速离心机中离心10min（3000r/min）。取上清液过滤，将得到的滤液转移入比色管中进行测定，以实验室制得的蒸馏水为参比液，在464 nm处测定甲基橙的吸光度。（见图2）

从图2不难看出，在pH=2时，脱色效果最好。不过总体来看，pH对印染废水脱色率的影响并不大，从处理成本考虑，选择印染废水自身的pH比较合理。

3、结论

本文主要研究污泥炭对偶氮染料甲基橙的吸附性能，由实验可知，污泥炭对甲基橙模拟废水有良好的吸附脱色效果。污泥炭吸附处理甲基橙模拟废水的最佳工艺条件：当甲基橙浓度为1200mg/L时，吸附剂用量为6g/L，吸附时间为 120min，废水的pH值为3，温度为25℃，对印染废水的脱色率为93.9%。

实验研究了不同操作条件对活性炭吸附处理甲基橙模拟废水的影响。实验发现活性炭在强制分散下能更好的发挥其优良的吸附特性。用剩余污泥制备活性炭，实现了对剩余污泥的资源化利用，为制备活性炭的原料来源开辟新途径，达到“以废治废、循环经济”的目的。

参考文献：

[1]唐受印，汪大.废水处理工程[M].北京：化学工业出版社，1998.

[2]甘光奉，甘利.无机高分子絮凝剂研究的进展[J].工业水处理，1999，19（2）：6～7.

[3]汤鸿霄.羟基聚合氯化铝的絮凝形态学[J].环境科学学

[4]吴峰，邓南圣，罗凡，等.铁-草酸盐络合物的光解对水溶性染料脱色作用的研究[J].环境污染与防治，1998，（20）1：17～20.endprint