一種水生植物－電解聯合淨化偶氮染料廢水的系統及方法與流程
2023-05-11 14:31:46
本發明屬於印染行業廢水處理領域，具體涉及一種水生植物－電解聯合淨化偶氮染料廢水的系統及方法。
背景技術：
偶氮染料廢水具有COD高、組成成分複雜、難生物降解等特點，此外，部分偶氮染料在經過裂解後可能產生致癌芳香胺，並經過活化作用改變人體DNA的結構與功能，引起人體病變和誘發癌症，因此，尋找高效、低耗能，並有效降低生物毒性的處理技術具有重要現實意義。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種水生植物－電解聯合淨化偶氮染料廢水的系統及方法，以克服現有技術中的問題，經本發明處理後，偶氮染料廢水的出水水質更加穩定，COD去除率、脫色率相較於同等耗能下單純電解法均有大幅度提升，有效地降低了能耗，且出水的水質毒性顯著降低，符合景觀生態治理的理念，更具環保意義。
為達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種水生植物－電解聯合淨化偶氮染料廢水的系統，包括反應槽，反應槽中裝有偶氮染料廢水，偶氮染料廢水中設置有兩個電極，兩個電極分別通過電線連接至電源的正負極，偶氮染料廢水中還設置有若干水生植物。
進一步地，所述偶氮染料廢水是將甲基橙、酸性鉻藍黑和金橙按體積比1:1:2的比例加入水中混合而成，且偶氮染料廢水的濃度為50-200mg/L。
進一步地，所述反應槽為柱形玻璃容器。
進一步地，所述電極為石墨電極，所述電線為鈦絲。
進一步地，偶氮染料廢水中還設置有2-3株水生植物。
進一步地，電源的供電電流為0.17-1.0A。
進一步地，偶氮染料廢水的處理時間為1-3h。
一種水生植物－電解聯合淨化偶氮染料廢水的方法，包括以下步驟：
步驟一：向反應槽中裝入偶氮染料廢水和2-3株水生植物，使偶氮染料廢水得高度剛好沒過水生植物的根部；
步驟二：通過電源控制電流為0.17-1.0A，對偶氮染料廢水處理1-3h。
進一步地，所述偶氮染料廢水是將甲基橙、酸性鉻藍黑和金橙按體積比1:1:2的比例加入水中混合而成，且偶氮染料廢水的濃度為50-200mg/L。
進一步地，所述反應槽為柱形玻璃容器，所述電極為石墨電極，所述電線為鈦絲。
與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：
本發明採用的植物修復技術是利用植物的吸收和代謝功能將環境介質中的有毒有害汙染物進行分解、富集和穩定的過程，其不僅對環境不產生破壞，能原位修復環境汙染，最大限度地保護當地的環境，美化景觀，不產生二次汙染，而且處理費用低廉。本發明配合電解法一起對廢水進行處理，其中電解法處理偶氮染料廢水具有高效性、易控制、靈活性高、氧化降解較徹底等特點，且在靜電場下植物能加快吸收CO2，有益於增加植物生物量；靜電場能影響細胞膜電位，促使細胞膜興奮，提高細胞膜內外物質交換的速率，促進植物生長發育；或通過改變酶的生理結構和細胞膜的通透性來提高酶的活性，可影響呼吸作用和光合作用速率來改變植物生理活性。而電解偶氮染料廢水產生的中間產物為植物提供了N、P來源，經植物吸收可防止電解二次汙染。
採用本發明的水生植物-電解聯合對偶氮染料廢水淨化處理，偶氮染料廢水的出水水質更加穩定，脫色率和COD去除率最高分別可達98.7％和85％；出水微生物抑制率和生物過氧化能力顯著降低，出水苯二胺和芳香胺類物質殘留最大削減量分別為81.25％和99.17％，符合景觀生態治理的理念，更具環保意義。
附圖說明
圖1為本發明系統示意圖；
其中，1、電源，2、電線，3、水生植物，4、電極，5、偶氮染料廢水，6、反應槽。
圖2(a)為處理電流強度為0.17A時的pH與電導率；
圖2(b)為處理電流強度為0.25A時的pH與電導率；
圖2(c)為處理電流強度為0.30A時的pH與電導率；
圖2(d)為處理電流強度為0.40A時的pH與電導率；
圖2(e)為處理電流強度為0.50A時的pH與電導率；
圖2(f)為處理電流強度為1.00A時的pH與電導率；
圖3為不同處理條件下的COD去除率；
圖4為不同處理條件下的脫色率；
圖5(a)為電解法體系處理下水質的微生物毒性比較；
圖5(b)為植物電解法體系處理下水質的微生物毒性比較；
圖6(a)為電解法體系處理後水中苯二胺殘留比較；
圖6(b)為植物電解法體系處理後水中苯二胺殘留比較；
圖7(a)為電解法體系處理後水中芳香胺殘留比較；
圖7(b)為植物電解法體系處理後水中芳香胺殘留比較。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述：
參見圖1，一種水生植物－電解聯合淨化偶氮染料廢水的系統，包括反應槽6，反應槽6為柱形玻璃容器，反應槽6中裝有偶氮染料廢水5，偶氮染料廢水5中設置有兩個石墨電極4，兩個電極4分別通過鈦絲電線2連接至電源1的正負極，偶氮染料廢水5中還設置有2-3株水生植物3，使偶氮染料廢水5得高度剛好沒過水生植物3的根部，其中偶氮染料廢水5是將甲基橙、酸性鉻藍黑和金橙按體積比1:1:2的比例加入水中混合而成，且偶氮染料廢水5的濃度為50-200mg/L，電源1的供電電流為0.17-1.0A，偶氮染料廢水5的處理時間為1-3h。
一種水生植物－電解聯合淨化偶氮染料廢水的方法，包括以下步驟：
步驟一：向反應槽6中裝入偶氮染料廢水5和2-3株水生植物3，使偶氮染料廢水5得高度剛好沒過水生植物3的根部；
步驟二：通過電源1控制電流為0.17-1.0A，對偶氮染料廢水5處理1-3h。
下面結合實施例對本發明的做進一步地詳細描述：
1.水生植物－電解聯合淨化系統的反應槽6為不帶有隔膜的柱形玻璃容器，容積約為250mL，系統中所用電極4為石磨棒，電線2為鈦絲；
2.設52個反應槽，每4個一組，第i(i＝1，2，…，13)組命名為i-1、i-2、i-3及i-4，將以甲基橙、酸性鉻藍黑、金橙按1:1:2的比例配製的濃度為50mg/L，100mg/L，150mg/L，200mg/L的混合偶氮染料廢水依次注入i-1、i-2、i-3及i-4系列反應槽1中，液體體積控制在200mL；
3.向第1、2、4、6、8、10及12組各反應槽中分別移入2～3株生長狀態良好且根系發達的水生植物-一帆風順，生物量差控制在1g，水中放置的高度恰好沒過根部，完成水生植物－電解聯合偶氮染料淨化系統的構建；
4.使用恆流溫流電源1供電，第1組不加外電源，其餘每相鄰兩組為一個對照組，共六個對照組，其外接電源電流分別為0.17A、0.25A、0.3A、0.4A、0.5A及1.0A；
5.以時間間隔為1h，分別在各水生植物－電解聯合淨化系統連續運行0h、1h、2h及3h採取水樣；
6.通過pH、電導、脫色率及COD去除率等測定結果反應處理效果，樣品的pH和電導進行測定，結果如附圖2(a)-圖2(f)，相同濃度偶氮染料廢水中，電流對電導率隨時間的變化沒有顯著影響，而在純電解體系下，用不同電流處理偶氮染料廢水時，pH隨時間的變化波動較為明顯。而在植物-電解法處理的水質pH變化更有規律，並趨向穩定於4.5，表明植物電動法有利於水質穩定；樣品的脫色率和COD去除率進行計算，結果如附圖3和附圖4，相同濃度下，電流相同時，植物-電解法與純電解法相比，脫色率與COD去除率均有明顯提高，其中在電流為0.25A、偶氮染料濃度為200mg/L的條件下該系統具有最高的脫色率和COD去除率最高分別為98.7％和85.7％
7.通過微生物毒性、抗氧化能力、苯二胺和芳香胺類物質殘留等測定結果評價出水品質，樣品的微生物毒性測定結果如附圖5(a)和圖5(b)所示，在進入對數增長期所用時間越短，代表水質的微生物毒性越小，植物-電解法出水培養下的菌體進入對數生長期的時間普遍低於純電解法，植物-電解法具有進一步降低水質毒性的作用；樣品的抗氧化能力測定結果如附表1所示，植物-電解法處理後出水中的菌體總抗氧化能力增強，大於純電解法，大於進水；樣品中的苯二胺和芳香胺類物質殘留量測定結果分別如附圖6(a)、圖6(b)和附圖7(a)、圖7(b)所示植物-電解法處理的廢水中苯二胺和芳香胺去除率最高可達81.25％和93.75％。