随着工业的发展及技术的更迭, 越来越多的染料被用于印染工艺, 伴随的是印染废水处理难度急剧增加, 湿式催化氧化法能够利用催化剂的催化作用, 加快废水中有机物与氧化剂间的呼吸反应, 从而加速废水中有机物的分解及去除[1,2,3]。因此, 催化剂性能将对处理效果有着最为直观的影响, 然而由于活性炭、氧化铝等作为催化剂载体具有回收难度大, 机械强度低等特点使其使用受到较为严重的制约[4]。
危险废物焚烧残渣具备疏松、多孔、产生量大等特点使其成为一种独特的功能载体[5]。本文以凹凸棒为粘合剂复合活性碳、氧化铝、焚烧残渣等制备多元催化剂体系, 研究其对印染废水处理的影响因素及效果。
本实验所采用的焚烧残渣取自河南省郑州市某危险废物处理单位, 采用“回转窑+二燃室”联合处理工艺, 经水冷后所得。在工况稳定运行下, 经过连续取样, 烘干、破碎后过200目筛。主要成分 (%) 为:Si O228、Fe2O318、Ca O12、Ti O211、Al2O39、Mg O4。
本实验所采用的印染废水为车间处理原液, COD约为1000mg/l。
实验所用到的试剂主要有:30%双氧水、硫酸、氧化铝、活性炭、凹凸棒土 (市售) 、氢氧化钠等。
实验过程中所用到的设备及仪器有:ZSXPrimusⅡ型X射线荧光光谱仪、GX-04型粉碎机、SX-2.5-10型马弗炉、烘箱、723N型可见分光光度计、磁力搅拌机、HH型水浴锅等。
通过前期实验, 按照质量比为10∶5∶2∶1分别称取焚烧残渣、凹凸棒土、氧化铝、活性炭置于玛瑙研钵中充分混匀, 随后将其转移至浓度为0.8mol/l的Cu (NO3) 2溶液内的浸渍120min, 利用人工或造粒机对其进行成型, 制成粒径约为1.0mm的小球, 将所得试样放入马弗炉内在800℃下进行高温焙烧120min, 随炉冷却即得实验所用复合催化剂。
取100ml印染废水于烧杯中, 调节p H后加入一定量的催化剂及双氧水, 随后将其转移至水浴锅内, 利用磁力搅拌机对其进行搅拌, 观察实验现象并计算其COD去除率。
设定不同反应温度, 利用催化剂对其进行催化氧化, 结果如表1所示。
从图1可以看出, 当反应温度为50℃时, COD的去除率已为80%以上, 催化氧化呈现出高处理效果的原因可能为:
催化剂中所负载的Cu2+能够与双氧水之间发生类芬顿反应[6,7,8]从而产生大量的·OH, 其反应原理如下:
由于·OH的存在使得催化剂能够对印染废水进行高度氧化处理, 从而降低废水的COD。而随着温度的提高、反应的进行, 产生羟基自由基的量逐渐增大, 废水COD的降解速率进一步加强。从表1还可以看出, 当温度升至60℃时, COD去除率的增长率已经降低, 考虑到经济、设备损耗等因素, 设定反应温度为50℃。
在反应温度为50℃条件下添加不同剂量的催化剂对其进行催化氧化, 结果如表2所示。
从表2可以看出, 当催化剂投加量为40g/l时, 印染废水COD的去除率达到最高, 为85.62%, 但随着投加量的进一步增大, COD去除率呈现降低的态势, 原因可能为:随着催化剂投加量的不断增大, 反应初期所产生的自由基数量逐渐增大, 从而对印染废水产生急剧的降解作用, 而当投加量过大时, 体系中可能发生如下自消解反应[9,10]:
OH的消解使得体系内用于氧化印染废水的有效活性组分量逐渐减少, 从而使得废水COD的去除效果呈现出降低的趋势。因此, 催化剂的适宜投加量为40g/l。
通过对反应温度及催化剂投加量的论证, 探讨不同双氧水投加量下印染废水处理效果, 结果如表3所示。
从表3可以看出, 随着双氧水投加量的逐渐增大, 印染废水COD的去除率逐渐增大, 当其投加量为60ml/l时, 废水COD的去除率已达到83.76%, 同样地, 由于反应 (3) 及 (4) 的存在使得氧化剂的投加量进一步增大时, 废水COD的去除率呈现出降低的趋势。
通过对反应温度、催化剂投加量、双氧水投加量的最优化探索, 探讨不同p H条件下印染废水处理效果, 结果如表4所示。
从表4可以看出, 当体系p H较低时, 催化剂对废水的处理效果较为明显, 而随着p H的不断升高, 废水的COD去除率逐渐降低, 原因可能为:从反应 (2) 可以看出, 随着p H的逐渐降低, H+逐渐提高, 加速正反应的进行, 提高了OH的浓度, 从而加速印染废水COD的去除。
(1) 利用危险废物焚烧残渣制备复合催化剂用于印染废水处理效果显著。 (2) 通过单因素实验确定最优化实验参数为:反应温度50℃、催化剂投加量40g/l, 双氧水投加量60mg/l, p H=2。
摘要：利用危险废物焚烧残渣、氧化铝、活性炭及凹凸棒通过浸渍、成型、焙烧等工艺制备出复合催化剂, 通过单因素优化实验发现:当体系反应温度为50℃、催化剂投加量为40g/l、双氧水投加量60ml/l、pH=3时, 废水COD去除率可达85.87%。
关键词：焚烧残渣,催化氧化,单因素实验
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