关键词：木材;染色废水;活性染料;硫酸自由基;羟基自由基
摘 要：木材染色是低质木材增值有效方法之一。木材染色属于木材化学加工范畴,生产过程中产生大量的废水已经成为木材加工工业的污染源头之一,废水中含有大量的有机污染物,致使化学需氧量高,色度大,成分复杂且具有致癌、致畸、致基因突变等危害,严重威胁人类健康和生态环境。因此木材染色废水必须经过处理使其达标排放是迫切解决的问题。基于过氧化物处理的高级氧化技术具有氧化能力强、无选择性、反应速度快、处理效果好等优点,Fe~(2+)催化H_2O_2产生·OH以及以热活化Na_2S_2O_8产生SO_4~(-·)都能够快速的氧化降解废水中的难降解有机污染物,是印染工业废水处理常用的氧化处理方法之一,但目前应用于木材加工工业废水的深度处理鲜有报道。因此,本研究以木材活性染料染色废水为研究对象,探讨两种不同自由基的氧化降解工艺。并借助UV-Vis,HPLC,FTIR and Raman spectra等手段,深入分析研究热活化Na_2S_2O_8产生SO_4~(-·)氧化木材活性染料染色废水的降解机理。主要研究内容如下:(1)以Fe~(2+)催化H_2O_2产生羟基自由基处理木材活性染料染色废水,研究结果表明,各影响因素从大到小的影响顺序为pH值>氧化剂H_2O_2投加量>反应温度>反应时间>硫酸亚铁浓度。优化工艺条件为30%H_2O_2投加浓度为7.5ml/L、FeSO_4·7H_2O为0.9g/L、处理液初始pH值为2.5、反应温度为50℃、反应时间为80min。在此优化条件下化学需氧量和色度去除率分别达90.5%和99.99%。(2)以热活化Na_2S_2O_8产生SO_4~(-·)处理木材活性染料染色废水,结果表明,化学需氧量去除率都是先随温度的升高、Na_2S_2O_8投加量的增大、反应时间的延长而升高,分别到达90℃、50g/L、150min后CODCr去除率保持不变;初始pH值对CODCr去除率影响不明显。得到优化工艺条件为反应温度90℃,Na_2S_2O_8投加量50g/L,反应时间150min,初始pH不调,在此处理工艺条件下,CODCr去除率达到91.06%。(3)利用响应面分析进一步优化热活化Na_2S_2O_8产生SO_4~(-·)处理工艺,得到的最优工艺参数为反应温度为90℃,Na_2S_2O_8投加入量为51.3g/L,反应时间为2.00h,初始pH不调,处理后染色废水CODCr平均去除率为98.36%,TN平均去除率为89.33%,苯胺类平均去除率为95.64%。(4)基于热活化Na_2S_2O_8产生SO_4~(-·)深度氧化木材活性染料染色废水,采用UV-Vis,HPLC,FTIR and Raman spectra探讨氧化机理。结果表明,热活化Na_2S_2O_8产生SO_4~(-·)可以使废水中染料分子结构中的共轭发色基团-N=N-键发生断裂,同时使苯环和萘环发生开环反应,从而使废水脱色,且萘环的降解速率比苯环的降解速率要高,并且-N=N-键氧化降解速率符合一级反应动力学方程,速率常数为0.033 min-1,反应活化能Ea为29.22 kJ/mol。
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