申请日2018.11.30
公开(公告)日2019.02.15
IPC分类号C02F9/06; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种活性染料废水处理方法及装置。本发明采用电凝聚与超声技术联用，超声的清洗作用有助于削弱电极表面的钝化，促进传质，进一步提高电凝聚处理的效率以及活性染料的脱色率;采用铝钛复合阳极，钛电极能够分担部分电流，具有初步氧化降解和析出氧气的作用，能够减弱铝阳极的电流密度，活化铝电极;另一方面，在钛电极表面涂覆有包括氧化钌和生物质炭的电化学催化剂，并通过调整氧化钌和生物质炭的比例，提高钛电极的催化活性和持久性，有助于促进钛电极表面氧化析出，提升活性染料的处理效果。
权利要求书
1.一种活性染料废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将活性染料废水引入到电解槽中，加入电解质，并调节pH为酸性;
(2)选择由铝电极和钛电极组成的铝-钛复合电极作为阳极，且钛电极表面涂覆有电化学催化剂，采用铁电极作为阴极，控制电极电压为10～25V，在超声条件下，超声功率为500～800W，超声频率为80～120kHz，电解处理3～6h，将处理后的水排出，其中，电化学催化剂包括氧化钌和生物质炭，氧化钌和生物质炭的质量比为0.1～0.2:1。
2.根据权利要求1所述的活性染料废水处理方法，其特征在于，所述电化学催化剂的制备方法为：将RuCl3.nH2O溶于无水乙醇中，加入生物质炭，以400～800rpm的转速搅拌均匀，加入氢氧化钠溶液，反应45～60min，离心、洗涤、干燥后，在120～140℃进行热处理，研磨，得到所述电化学催化剂。
3.根据权利要求1所述的活性染料废水处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，调节活性染料废水的pH为5～6。
4.根据权利要求1所述的活性染料废水处理方法，其特征在于，所述生物质炭的原料为马尾藻。
5.根据权利要求4所述的活性染料废水处理方法，其特征在于，所述生物质炭为酸洗改性生物炭，将生物质炭按1:2～4的质量比加入0.5～1M的盐酸溶液中，在80～90℃水浴搅拌1～2h，水洗至中性后，在氮气气氛中干燥，得到酸洗改性生物炭。
6.根据权利要求1所述的活性染料废水处理方法，其特征在于，所述氧化钌和生物质炭的质量比为0.16～0.18:1。
7.根据权利要求1所述的活性染料废水处理方法，其特征在于，所述电解质为浓度为0.05～0.06M的Na2SO4溶液。
8.根据权利要求1所述的活性染料废水处理方法，其特征在于，所述铝电极使用前置于丙酮溶液中浸泡5min后，用砂纸打磨，置于0.5M的氢氧化钠溶液中反应，待气泡冒出后，采用去离子水清洗，再用0.1M的盐酸溶液清洗5min，待气泡冒出后用去离子水清洗，备用。
9.根据权利要求1所述的活性染料废水处理方法，其特征在于，所述铁电极使用前采用0.1M的盐酸溶液清洗5min，待气泡冒出后用去离子水清洗，备用。
10.一种用于权利要求1～9任一项所述方法的活性染料废水处理装置，其特征在于，包括电源、电极、电解槽和超声发生器，所述电极包括第一阳极电极、阴极电极和第二阳极电极，所述第一阳极电极和第二阳极电极均为铝-钛复合电极，铝-钛复合电极由表面涂覆有电化学催化剂的钛电极和铝电极组成，所述阴极电极为铁电极，其中，电化学催化剂包括氧化钌和生物质炭，氧化钌和生物质炭的质量比为0.1～0.2:1，电极间距为1.5～3cm，两个铝-钛复合电极连接电源的正极，铁电极连接电源的负极，超声发生器置于电解槽的底部，并与电解槽的器壁贴合。
说明书
一种活性染料废水处理方法及装置
技术领域
本发明涉及染料废水处理技术领域，具体涉及一种活性染料废水处理方法及装置。
背景技术
活性染料是指分子中含活性基团的水溶性染料，其具有色泽鲜艳、色谱齐全、成本低、染色工艺简便、染成品耐洗牢度和耐摩擦牢度高等优点，目前在染料工业中广泛应用。然而，含活性染料的废水成分复杂，可生化性差，盐度、COD(化学需氧量)、氨氮及色度高，因而污染严重，治理困难。长期以来，国内外学者对印染废水的治理技术尤其是脱色技术展开了大量的研究，其大多利用微生物处理活性染料废水，但微生物处理法的研究主要在于高效菌种的选育和工艺的改变，微生物对营养物质、pH、含盐量、温度条件有要求，染料废水中的某些物质会破坏微生物细胞结构，抑制微生物代谢，从而导致染料废水的处理效果不理想。
电凝聚法是目前较为有效的废水处理方法之一，电凝聚法主要包括电解凝聚、电解气浮、电解氧化还原这三个过程，具有凝聚、吸附、上浮、氧化还原的作用，能够有效对废水进行杀菌、澄清、脱色、软化处理，且处理过程中无需加入添加剂，操作简单，适用范围广，成本较低，适合废水大规模处理。然而，随着电凝聚废水处理时间的延长，会导致电极极板表面形成致密的钝化膜，导致电凝聚处理效率降低，影响废水的处理效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种活性染料废水处理方法及装置，提高活性染料废水的处理效果。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种活性染料废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将活性染料废水引入到电解槽中，加入电解质，并调节pH为酸性;
(2)选择由铝电极和钛电极组成的铝-钛复合电极作为阳极，且钛电极表面涂覆有电化学催化剂，采用铁电极作为阴极，控制电极电压为10～25V，在超声条件下，超声功率为500～800W，超声频率为80～120kHz，电解处理3～6h，将处理后的水排出，其中，电化学催化剂包括氧化钌和生物质炭，氧化钌和生物质炭的质量比为0.1～0.2:1。
本发明采用电凝聚技术与超声联用，超声对电极表面的清洗作用有助于削弱电极表面的钝化，促进传质，进一步提高电凝聚处理的效率以及活性染料的脱色率。另一方面，本申请采用铝-钛复合阳极，钛电极能够分担部分电流，具有初步氧化降解和析出氧气的作用，一部分析出的氧气和空气在铁电极还原为H2O2，H2O2氧化废水中的活性染料，减弱铝阳极的电流密度，铝电极得到活化溶解产生絮凝物，从而避免铝电极的钝化失去活性而难以溶解;钛电极表面涂覆有包括氧化钌和生物质炭的电化学催化剂，并通过调整氧化钌和生物质炭的比例，提高钛电极的催化活性和持久性，有助于促进钛电极表面氧化析出。
作为本发明所述的活性染料废水处理方法的优选实施方式，所述电化学催化剂的制备方法为：将RuCl3.nH2O溶于无水乙醇中，加入生物质炭，以400～800rpm的转速搅拌均匀，加入氢氧化钠溶液，反应45～60min，离心、洗涤、干燥后，在120～140℃进行热处理，研磨，得到所述电化学催化剂。
作为本发明所述的活性染料废水处理方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，调节活性染料废水的pH为5～6，此时废水的脱色率和氨氮去除率均达到90%以上。
作为本发明所述的活性染料废水处理方法的优选实施方式，所述生物质炭的原料为马尾藻。以马尾藻为原料制备得到的活性炭具有良好的多孔特性，有助于氧化钌的负载。
作为本发明所述的活性染料废水处理方法的优选实施方式，所述生物质炭为酸洗改性生物炭，将生物质炭按1:2～4的质量比加入0.5～1M的盐酸溶液中，在80～90℃水浴搅拌1～2h，水洗至中性后，在氮气气氛中干燥，得到酸洗改性生物炭。
通过酸洗处理后，能够改变活性炭表面官能团，去除孔隙内部的杂质，改善活性炭的浸润性和亲水性能，增强活性炭对电解液离子的吸附能力，从而提高活性炭的电化学性能。
作为本发明所述的活性染料废水处理方法的优选实施方式，所述氧化钌和生物质炭的质量比为0.16～0.18:1。将钛电极表明上的氧化钌和生物质炭的质量比控制为0.16～0.18:1时，
作为本发明所述的活性染料废水处理方法的优选实施方式，所述电解质为浓度为0.05～0.06M的Na2SO4溶液。
作为本发明所述的活性染料废水处理方法的优选实施方式，所述铝电极使用前置于丙酮溶液中浸泡5min后，用砂纸打磨，置于0.5M的氢氧化钠溶液中反应，待气泡冒出后，采用去离子水清洗，再用0.1M的盐酸溶液清洗5min，待气泡冒出后用去离子水清洗，备用。
作为本发明所述的活性染料废水处理方法的优选实施方式，所述铁电极使用前采用0.1M的盐酸溶液清洗5min，待气泡冒出后用去离子水清洗，备用。
本发明还提供了一种用于上述方法的活性染料废水处理装置，包括电源、电极、电解槽和超声发生器，所述电极包括第一阳极电极、阴极电极和第二阳极电极，所述第一阳极电极和第二阳极电极均为铝-钛复合电极，铝-钛复合电极由表面涂覆有电化学催化剂的钛电极和铝电极组成，所述阴极电极为铁电极，其中，电化学催化剂包括氧化钌和生物质炭，氧化钌和生物质炭的质量比为0.1～0.2:1，电极间距为1.5～3cm，两个铝-钛复合电极连接电源的正极，铁电极连接电源的负极，超声发生器置于电解槽的底部，并与电解槽的器壁贴合。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用电凝聚与超声联用，超声对电极表面的清洗作用有助于削弱电极表面的钝化，促进传质，进一步提高电凝聚处理的效率以及活性染料的脱色率。本申请采用铝-钛复合阳极，钛电极能够分担部分电流，具有初步氧化降解和析出氧气的作用，一部分析出的氧气和空气在铁电极还原为H2O2，H2O2氧化废水中的活性染料，减弱铝阳极的电流密度，铝电极得到活化溶解产生絮凝物，从而解决因铝电极的钝化失去活性而难以溶解，导致活性染料废水处理效率不高，脱色率较低的问题;另一方面，在钛电极表面涂覆有包括氧化钌和生物质炭的电化学催化剂，并通过调整氧化钌和生物质炭的比例，提高钛电极的催化活性和持久性，有助于促进钛电极表面氧化析出。
