利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法

摘要

一种利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法，将含钛高炉渣破碎、球磨、筛分至粒度为10～80μm；调节偶氮染料废水的pH为0.5～4.5；将废水投加到调速振荡器中，加入H

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及偶氮染料废水的处理技术，特别涉及一种利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法。

背景技术

偶氮染料是合成染料中为数最多的品种，它包括酸性、媒染、活性、阳离子、中性染料、分散染料等，占有机染料的80％左右，色谱齐全。偶氮染料废水成份复杂、色度高、可生化性差，迄今为止国内外尚无经济有效的治理方法。目前染料工业废水处理主要致力于对偶氮染料废水的治理，如何对其进行无害化处理，一直受到研究者的关注，其研究具有重要的社会效益和经济效益。偶氮染料废水属于难降解废水，传统的处理方法很难使其达标，是染料工业废水处理的大难题。高效处理技术有许多，但因造价高，难以实施。因此，探索投资小、处理效率高、又可以达到排放标准的处理工艺是急需的，也是必要的。

目前国内外处理甲基橙废水常用的方法有：吸附法、膜分离法、过滤法、混凝法、氧化法(光催化氧化法、氧化剂氧化法)、凝聚法(凝聚沉降法、凝聚浮升法)生物法活性污泥法、生物滤池法、厌氧消化法等。其中氧化法由于处理效果较好，是目前比较常用的甲基橙废水处理方法。虽然氧化法处理效果较好，操作管理简便，但是运行成本较高，不适合大规模应用。而吸附法虽然运行成本较低，但是处理效果难以达到要求。

发明内容

针对目前甲基橙废水处理技术存在的问题，本发明提供一种利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法，达到以废治废、低成本处理偶氮染料废水中甲基橙的目的。

本发明的利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法步骤如下：

(1)首先将含钛高炉渣破碎、球磨、筛分至粒度为10～80μm；

通常含钛高炉渣化学成分按质量百分比为：TiO₂20～30％，∑Fe(总铁)2～4％，SiO₂18～30％，MgO5～10％，Al₂O₃10～16％，其余为CaO。

(2)以浓度为0.1～1mol/l的硫酸为酸度剂，调节偶氮染料废水的pH为0.5～4.5；一般偶氮染料废水中甲基橙的浓度为10～30mg/l。

(3)将调节好pH值的偶氮染料废水投加到调速振荡器中，加入偶氮染料废水体积0.01～0.1％的H₂O₂溶液，所用的H₂O₂溶液质量浓度为30～35％；再将步骤(1)制备的含钛高炉渣粉末投加到偶氮染料废水中进行吸附处理，在转速100～400转/分钟条件下振荡，控制温度为30～70℃，振荡时间为0.5～1.5小时。

所投加的含钛高炉渣粉末与偶氮染料废水中甲基橙的质量比为(50～100)∶1。

(4)对吸附后的偶氮染料进行离心过滤处理，除去固体物。控制转速8000～12000转/分钟，时间5～15分钟。

本发明利用紫外-可见分光光度计测定处理后偶氮染料废水的吸光度，根据Lambert-Beer定律换算成相应的浓度，并算出相应的脱色率，计算公式为：

$\eta =\left(\frac{C_0-C_t}{C_0}\right)\times 100\%$

式中C₀为未经本发明方法处理的偶氮染料废水中甲基橙的浓度；Ct为经本发明方法处理且振荡时间为t的偶氮染料废水中甲基橙的浓度，t的取值范围如上所述为0.5～1.5小时。η为甲基橙的脱色率。甲基橙的脱色率越高，则说明本发明处理甲基橙废水的方法越具有可行性。

本发明方法利用冶炼生铁过程中从高炉中排出的副产品—含钛高炉渣作为吸附剂，H₂O₂作为氧化剂，处理甲基橙染料废水，取得了较好的效果。这种方法不仅具有一般化学吸附法和氧化法的优点，同时还是一种有效、低成本并且有利于大规模处理甲基橙废水的方法。利用含钛高炉渣粉末处理废水中的甲基橙，处理后甲基橙废水的浓度远低于污水排放标准，是一种“以废治废”的新方法。整个处理工艺简单可行、运行费用低于常规方法。利用含钛高炉渣作为吸附剂，可以充分利用现有的固体废弃物，不但能降低吸附剂的成本，而且为我国大量堆积的含钛高炉渣找到合理的利用途径。

附图说明

附图为本发明实施例1的振荡时间范围内不同时刻的偶氮染料废水中甲基橙的紫外-可见吸收光谱。

从图中可看出，甲基橙溶液在507nm及334nm处存在2个主要吸收峰。其中334nm处的吸收峰代表的是甲基橙分子结构中苯环的吸收峰；最大吸收波长507nm处代表的是甲基橙分子结构中发色基团的吸收峰。随着振荡时间的增加，最大特征吸收峰逐渐减弱，并向低波段移动，30min后该特征吸收峰基本消失，说明反应破坏了染料分子中的发色基团。此外，溶液由红色逐渐变为无色，也说明了甲基橙的发色基团发生了氧化分解反应，使色度降低。同时可看到，334nm处的吸收峰随着反应的进行，向低波段移动，并在18min后消失。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明方法。

实施例采用的含钛高炉渣为攀枝花钢铁公司的高炉渣。

实施例1

利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法步骤如下：

(1)首先将含钛高炉渣破碎、球磨、筛分至粒度为18μm；

含钛高炉渣化学成分按质量百分比为：TiO₂25％，∑Fe(总铁)3％，SiO₂24％，MgO7％，Al₂O₃13％，其余为CaO。

(2)以浓度为0.5mol/l的硫酸为酸度剂，调节偶氮染料废水的pH为1.5；偶氮染料废水中甲基橙的浓度为20mg/l。

(3)将调节好pH值的偶氮染料废水投加到调速振荡器中，加入偶氮染料废水体积0.08％的H₂O₂溶液，所用的H₂O₂溶液质量浓度为35％；再将步骤(1)制备的含钛高炉渣粉末投加到偶氮染料废水中进行吸附处理，在转速400转/分钟条件下振荡，控制温度为70℃，振荡时间为0.5小时。

所投加的含钛高炉渣粉末与偶氮染料废水中甲基橙的质量比为75∶1。

(4)对吸附后的偶氮染料进行离心过滤处理，除去固体物。控制转速10000转/分钟，时间10分钟。

采用紫外-可见分光光度法测定处理后偶氮染料废水中甲基橙的浓度，甲基橙的脱色率达到99.8％。

振荡时间范围内不同时刻的偶氮染料废水中甲基橙的紫外-可见吸收光谱。

从图中可看出，甲基橙溶液在507nm及334nm处存在2个主要吸收峰。其中334nm处的吸收峰代表的是甲基橙分子结构中苯环的吸收峰；最大吸收波长507nm处代表的是甲基橙分子结构中发色基团的吸收峰。随着振荡时间的增加，最大特征吸收峰逐渐减弱，并向低波段移动，30min后该特征吸收峰基本消失，说明反应破坏了染料分子中的发色基团。此外，溶液由红色逐渐变为无色，也说明了甲基橙的发色基团发生了氧化分解反应，使色度降低。同时可看到，334nm处的吸收峰随着反应的进行，向低波段移动，并在18min后消失。

实施例2

利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法步骤如下：

(1)首先将含钛高炉渣破碎、球磨、筛分至粒度为50μm；

含钛高炉渣化学成分按质量百分比为：TiO₂23％，∑Fe(总铁)3％，SiO₂24％，MgO8％，Al₂O₃14％，其余为CaO。

(2)以浓度为0.6mol/l的硫酸为酸度剂，调节偶氮染料废水的pH为2.5；偶氮染料废水中甲基橙的浓度为25mg/l。

(3)将调节好pH值的偶氮染料废水投加到调速振荡器中，加入偶氮染料废水体积0.5％的H₂O₂溶液，所用的H₂O₂溶液质量浓度为33％；再将步骤(1)制备的含钛高炉渣粉末投加到偶氮染料废水中进行吸附处理，在转速220转/分钟条件下振荡，控制温度为50℃，振荡时间为1.0小时。

所投加的含钛高炉渣粉末与偶氮染料废水中甲基橙的质量比为75∶1。

(4)对吸附后的偶氮染料进行离心过滤处理，除去固体物。控制转速9000转/分钟，时间10分钟。

采用紫外-可见分光光度法测定处理后偶氮染料废水中甲基橙的浓度，甲基橙的脱色率达到91.8％。

实施例3

利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法步骤如下：

(1)首先将含钛高炉渣破碎、球磨、筛分至粒度为80μm；

含钛高炉渣化学成分按质量百分比为：TiO₂30％，∑Fe(总铁)4％，SiO₂18％，MgO5％，Al₂O₃16％，其余为CaO。

(2)以浓度为1mol/l的硫酸为酸度剂，调节偶氮染料废水的pH为0.5；偶氮染料废水中甲基橙的浓度为30mg/l。

(3)将调节好pH值的偶氮染料废水投加到调速振荡器中，加入偶氮染料废水体积0.1％的H₂O₂溶液，所用的H₂O₂溶液质量浓度为35％；再将步骤(1)制备的含钛高炉渣粉末投加到偶氮染料废水中进行吸附处理，在转速400转/分钟条件下振荡，控制温度为70℃，振荡时间为0.5小时。

所投加的含钛高炉渣粉末与偶氮染料废水中甲基橙的质量比为100∶1。

(4)对吸附后的偶氮染料进行离心过滤处理，除去固体物。控制转速12000转/分钟，时间5分钟。

采用紫外-可见分光光度法测定处理后偶氮染料废水中甲基橙的浓度，甲基橙的脱色率达到79.3％。

实施例4

利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法步骤如下：

(1)首先将含钛高炉渣破碎、球磨、筛分至粒度为10μm；

含钛高炉渣化学成分按质量百分比为：TiO₂20％，∑Fe(总铁)2％，SiO₂30％，MgO10％，Al₂O₃10％，其余为CaO。

(2)以浓度为0.1mol/l的硫酸为酸度剂，调节偶氮染料废水的pH为4.5；偶氮染料废水中甲基橙的浓度为10mg/l。

(3)将调节好pH值的偶氮染料废水投加到调速振荡器中，加入偶氮染料废水体积0.01％的H₂O₂溶液，所用的H₂O₂溶液质量浓度为30％；再将步骤(1)制备的含钛高炉渣粉末投加到偶氮染料废水中进行吸附处理，在转速100转/分钟条件下振荡，控制温度为30℃，振荡时间为1.5小时。

所投加的含钛高炉渣粉末与偶氮染料废水中甲基橙的质量比为50∶1。

(4)对吸附后的偶氮染料进行离心过滤处理，除去固体物。控制转速8000转/分钟，时间15分钟。

采用紫外-可见分光光度法测定处理后偶氮染料废水中甲基橙的浓度，甲基橙的脱色率达到56.4％。

实施例5

利用含钛高炉渣处理偶氮染料废水中甲基橙的方法步骤如下：

(1)首先将含钛高炉渣破碎、球磨、筛分至粒度为25μm；

含钛高炉渣化学成分按质量百分比为：TiO₂24％，∑Fe(总铁)4％，SiO₂27％，MgO9％，Al₂O₃12％，其余为CaO。

(2)以浓度为1mol/l的硫酸为酸度剂，调节偶氮染料废水的pH为3.5；偶氮染料废水中甲基橙的浓度为16mg/l。

(3)将调节好pH值的偶氮染料废水投加到调速振荡器中，加入偶氮染料废水体积0.03％的H₂O₂溶液，所用的H₂O₂溶液质量浓度为35％；再将步骤(1)制备的含钛高炉渣粉末投加到偶氮染料废水中进行吸附处理，在转速180转/分钟条件下振荡，控制温度为60℃，振荡时间为0.6小时。

所投加的含钛高炉渣粉末与偶氮染料废水中甲基橙的质量比为65∶1。

(4)对吸附后的偶氮染料进行离心过滤处理，除去固体物。控制转速10000转/分钟，时间8分钟。

采用紫外-可见分光光度法测定处理后偶氮染料废水中甲基橙的浓度，甲基橙的脱色率达到92.7％。