专利名称：偶氮染料废水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种化学性质稳定、难降解、并且具有潜在致癌作用、对环境污染影响较大的偶氮染料废水的新型的低能耗高效率的治理方法。
背景技术：
随着染料纺织工业的迅速发展，染料废水的大量排放对周围的生态环境带来的污染问题越来越严重。染料废水的颜色深，分子结构复杂，废水多呈强酸性或碱性这使染料废水成为极难处理的有机工业废水之一。其中，偶氮染料在染料中应用最为广泛，目前市场上流通的2000多种染料中，近2/3是偶氮染料。偶氮染料一般含有一个或多个性质十分稳定的芳香环结构，而且在厌氧环境下容易还原分解出致癌芳香胺，是我国当前污染十分严重，亟待治理的染料废水之一。
传统的染料废水处理方法主要有物理、化学、生物等处理方法如分离、过滤、氧化还原法、活性污泥法等。这些处理方法一般来说工艺流程长，废水处理过程中物化反应进程缓慢，中间产物较多甚至可能产生有毒的中间产物，容易在处理过程中造成二次污染。而且一般很难达到完全降解废水中的有机污染物。此外传统方法处理染料废水效率比较低，造价也比较昂贵。
近年来，利用超声波来处理工业废水成为国内外研究的热点。目前国内利用超声波降解含酚废水的相关报道比较多，有关降解偶氮染料废水的应用和报道比较少见。并且由于超声波的局限性以及偶氮染料分子结构的稳定性，用超声波方法处理偶氮染料废水的速率和效率都不是很高，在一定程度上影响了超声波方法在治理偶氮染料废水方面的实际应用。因此，国外有部分学者试图结合其他已有的催化方法，形成超声协同效应促进废水中偶氮染料的降解。主要包括超声与Fenton试剂相结合，超声与电化学相结合，超声与生物技术相结合等。但是这些技术由于所用的试剂大多价格比较昂贵，不适用于大规模的工业应用。另一方面，利用太阳光来降解废水中的有机污染物是一种很有前景的废水治理方法。但是，到目前为止国内外范围内在降解废水方面，太阳光中被有效利用的部分主要是紫外光，如超声与紫外光相结合降解三氯苯酚。而紫外光能量仅占太阳光能量的4％，因而造成太阳光降解废水的效率较低，难以大规模实用化。直接利用可见光的报道很少，几乎没有。一般是利用可见光与光催化剂相结合来处理有机污染物，如可见光与光催化剂二氧化钛结合处理染料茜素红(Alizarin Red)，但是通常可见光可以激发的光催化剂成本都十分昂贵，因此不适宜大规模的工业应用。
发明内容
1、发明目的本发明的目的是提供一种处理偶氮染料废水的方法，该方法采用超声和可见光的能量相耦合，利用其产生的光声协同效应来实现偶氮染料废水的降解。
2、技术方案为实现上述目的，本发明所述的利用超声和可见光能量相耦合来处理偶氮染料废水的方法，包括以下步骤(1)将偶氮染料废水放入废水处理池；(2)根据超声辐照方式安装超声波发生装置，根据可见光辐照方式安装可见光光源；(3)同时打开超声波发生装置和可见光光源，对偶氮染料废水进行超声和光共同辐照；(4)对废水进行处理的同时检测染料分解结果，若分解达到饱和，则停止处理。
步骤(2)中超声波发生装置产生的超声波频率范围为20KHz-1MHz。
步骤(2)中的超声辐照方式可采用在处理池侧面辐照式、底部辐照式、从顶部向下辐照式或者超声波发生装置工具头插入废水溶液中的方式。
步骤(2)中的超声波发生装置为一组超声换能器互相组合，作为超声辐照源。超声辐照源中超声换能器可以是一个，也可根据需要设有多个，例如两个、三个、四个或者更多的超声换能器，并且超声换能器可以是同频率同功率的，也可以是不同频率但是相同功率的，也可以是频率相同但是功率不同，也可以是频率和功率都不同的。
步骤(2)中可见光光源的波长范围主要为可见光波段。
步骤(2)中的可见光辐照方式可采用侧面辐照、底部辐照或者顶部辐照的方式。
步骤(3)中的可见光光源为一组光源，光源可以为一个、两个、三个或者更多，各光源的功率可以相同也可以不同；可见光光源可采用天然的太阳光，也可以采用如氙灯、卤素灯等电光源，也可以采用太阳光与电光源相结合的方式。
本发明旨在直接充分利用占太阳光绝大部分能量的可见光来处理偶氮染料废水，利用超声波和可见光同时辐照，利用光声协同效应分解偶氮染料废水。一般情况下，偶氮染料的分子结构十分稳定，在光的照射下基本不会发生降解现象。本发明通过运用超声和可见光的能量相耦合，也就是将超声和可见光共同作用于偶氮染料废水，利用其产生的光声协同效应来实现偶氮染料废水的降解。该方法直接充分利用太阳光能量中的可见光部分，大大降低了处理染料废水的成本，并且实验结果表明，该方法在处理废水过程中效率比单独利用超声波方法的效率有大幅度提高。此外该方法对设备的要求比较低，并且易于操作，在处理偶氮染料废水过程中也不会产生二次污染，是一种环保清洁的治理方式。
3、有益效果通过本发明所述方法，对偶氮染料废水的进行处理，实现了废水中偶氮染料的降解(1)偶氮染料废水经该方法处理后色度由原来的较深变为近无色，染料分子绝大部分已经被完全降解，并且不产生有毒中间产物；如图2所示，可见酸性橙II吸收谱随着辐照时间的增加，峰值处的吸光度越来越低，并且吸收谱趋于平坦，表征了酸性橙II在溶液中的含量越来越低，酸性橙II绝大部分被完全降解；(2)大大提高了偶氮染料的降解速率及效率；如图1所示，酸性橙II废水溶液在本发明方式处理下降解的速率和效率比传统超声单独处理和可见光单独处理下的速率和效率有了大幅提高。由图1可知，本发明方式处理下9小时后酸性橙II的分解率分别为经相同时间处理后传统超声处理方式下分解率的两倍多以及可见光处理下分解率的25倍；(3)充分利用了太阳光能量中的可见光部分，降低了成本；(4)不附加引入其他化学物质，既降低了成本又对不会带来二次污染；(5)通过引入可见光能量充分利用了超声波能量，使得超声波降解偶氮染料的效率提高，可实现大规模应用。
四
图1是一种典型的染料废水酸性橙II经传统超声单独处理方式以及可见光单独处理方式和本发明方式处理后的效果比较图；图2是超声和可见光共同辐照下酸性橙II废水溶液吸收谱的变化曲线示意图。
五具体实施例方式
实施例1本实施例包括下列步骤(1)室温下，将浓度为1.43×10-4mol/L的酸性橙II废水溶液放入处理池，其中酸性橙II为一种典型的偶氮染料；(2)采用的超声波发生装置发生的超声波频率为1MHz，换能器的电功率为40W，辐照方式为从废水处理池底部辐照；(3)采用可见光光源采用氙灯(0-300W)一个，平均辐照光功率为7.64mW/cm2，辐照方式为光源由处理池上方向下辐照；(4)同时打开超声波发生装置和可见光光源，对偶氮染料废水进行超声和光共同辐照；(5)对废水进行处理的同时检测染料分解结果，若分解达到饱和，则停止处理。
处理结果显示，在本发明方式的处理下酸性橙II的分解率在两小时内迅速达到70％左右，此后逐渐达到饱和。共同处理9小时后，分解率达到75％左右。处理过程中溶液由深色度的橙红色逐渐变浅，最后接近无色。并且通过测量溶液的吸收谱未发现有毒物质产生。
此外，实施例1中还做了同条件下本发明方式与传统超声处理方式和可见光处理方式的结果对比。如图1所示，酸性橙II溶液经超声单独处理3小时后，酸性橙II的分解率达到30％左右，此后逐渐趋于饱和。超声处理9小时后分解率达到35％左右。而酸性橙II溶液经可见光单独处理9小时后，酸性橙II几乎没有降解，分解率仅为3％；由对比结果可知，本发明方式处理下酸性橙II的分解率分别为传统超声处理方式下分解率的两倍多以及可见光处理下分解率的25倍。
实施例2本实施例采用两个20KHz，150W的超声换能器作为超声源，代替实施例1中的超声换能器，辐照方式采用超声换能器工具头插入废水溶液中的方式。进行实施例1中相同步骤，得到了与实例1一致的结果。
实施例3用20KHz，150W的超声换能器和1MHz，40W的超声换能器结合作为超声辐照源。20KHz的超声换能器辐照方式采用工具头浸入废水溶液的方式，1MHz，40W的超声换能器从废水池底部照射；可见光光源采用两个不同辐照光功率的氙灯相结合，其中一个氙灯的辐照方式采用由处理池上方向下辐照式，平均辐照光功率为7.64mW/cm2，另一个氙灯辐照方式为从处理池侧面向溶液中辐照，平均辐照光功率为3.80mW/cm2。进行实施例1中相同步骤，得到了与实例1一致的结果。
实施例4用偶氮染料活性黑5代替实施例1中的酸性橙II，进行实施例1中相同的步骤，得到了与实施例1一致的结果。
实施例5用太阳光和一个氙灯相结合作为光源代替实施例1中的光源。氙灯的平均辐照光功率为7.64mW/cm2，辐照方式为光源由处理池上方向下辐照。进行实施例1中相同的步骤，得到了与实施例1一致的结果。
权利要求
1.一种偶氮染料废水处理方法，其特征在于，该方法包括下列步骤(1)将偶氮染料废水放入废水处理池；(2)安装超声波发生装置和可见光光源；(3)同时打开超声波发生装置和可见光光源，对偶氮染料废水进行超声和光共同辐照；(4)对废水进行处理的同时检测染料分解结果，若分解达到饱和，则停止处理。
2.如权利要求1所述的偶氮染料废水处理方法，其特征在于，步骤(2)中超声波发生装置产生的超声波频率范围为20KHz-1MHz。
3.如权利要求1所述的偶氮染料废水处理方法，其特征在于，步骤(2)中根据超声辐照方式安装超声波发生装置，超声辐照方式可采用在处理池侧面辐照式、底部辐照式、从顶部向下辐照式或者超声波发生装置工具头插入废水溶液中的方式。
4.如权利要求1所述的偶氮染料废水处理方法，其特征在于，步骤(2)中的超声波发生装置为一组超声换能器，作为超声辐照源。
5.如权利要求1所述的偶氮染料废水处理方法，其特征在于，步骤(2)中可见光光源的波长范围为可见光部分。
6.如权利要求1所述的偶氮染料废水处理方法，其特征在于，步骤(2)中根据可见光辐照方式安装可见光光源，可见光辐照方式可采用侧面辐照、底部辐照或者顶部辐照的方式。
7.如权利要求1所述的偶氮染料废水处理方法，其特征在于，步骤(3)中的可见光光源可为天然的太阳光。
8.如权利要求1所述的偶氮染料废水处理方法，其特征在于，步骤(3)中的可见光光源为一组光源，作为可见光光源。
全文摘要
本发明公开了一种偶氮染料废水处理方法，该方法包括下列步骤将偶氮染料废水放入废水处理池；根据超声辐照方式安装超声波发生装置，根据可见光辐照方式安装可见光光源；同时打开超声波发生装置和可见光光源，对偶氮染料废水进行超声和光共同辐照；对废水进行处理的同时检测染料分解结果，若分解达到饱和，则停止处理。本方法的有益效果是染料分子绝大部分已经被完全降解，并且不产生有毒中间产物；大大提高了偶氮染料的降解速率及效率；充分利用了太阳光能量中的可见光部分，降低了成本；不附加引入其他化学物质，既降低了成本又不会带来二次污染；通过引入可见光能量充分利用了超声波能量，使得超声波降解偶氮染料的效率提高，可实现大规模应用。
文档编号C02F1/30GK1872712SQ200610085548
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月22日 优先权日2006年6月22日
发明者刘晓峻, 马春莹, 许坚毅, 张海新, 徐峥 申请人:南京大学