Electrocatalytic biofilm reactor for effective and energy-efficient azo dye degradation: the synergistic effect of MnOx/Ti flow-through anode and biofilm on the cathode

● MnO _x /Ti flow-through anode was coupled with the biofilm-attached cathode in ECBR. ● ECBR was able to enhance the azo dye removal and reduce the energy consumption. ● Mn^IV=O generated on the electrified MnO _x /Ti anode catalyzed the azo dye oxidation. ● Aerobic heterotrophic bacteria on the cathode degraded azo dye intermediate products. ● Biodegradation of intermediate products was stimulated under the electric field. Dyeing wastewater treatment remains a challenge. Although effective, the in-series process using electrochemical oxidation as the pre- or post-treatment of biodegradation is long. This study proposes a compact dual-chamber electrocatalytic biofilm reactor (ECBR) to complete azo dye decolorization and mineralization in a single unit via anodic oxidation on a MnO_x/Ti flow-through anode followed by cathodic biodegradation on carbon felts. Compared with the electrocatalytic reactor with a stainless-steel cathode (ECR-SS) and the biofilm reactor (BR), the ECBR increased the chemical oxygen demand (COD) removal efficiency by 24 % and 31 % (600 mg/L Acid Orange 7 as the feed, current of 6 mA), respectively. The COD removal efficiency of the ECBR was even higher than the sum of those of ECR-SS and BR. The ECBR also reduced the energy consumption (3.07 kWh/kg COD) by approximately half compared with ECR-SS. The advantages of the ECBR in azo dye removal were attributed to the synergistic effect of the MnO_x/Ti flow-through anode and cathodic biofilms. Catalyzed by Mn^IV=O generated on the MnO_x/Ti anode under a low applied current, azo dyes were oxidized and decolored. The intermediate products with improved biodegradability were further mineralized by the cathodic aerobic heterotrophic bacteria (non-electrochemically active) under the stimulation of the applied current. Taking advantage of the mutual interactions among the electricity, anode, and bacteria, this study provides a novel and compact process for the effective and energy-efficient treatment of azo dye wastewater.     

铁屑法处理活性艳红废水动力学模型

研究了铁屑法处理性艳红染料（Ｋ－２ＢＰ）废水的脱色过程和铁屑溶解过程动力学模型。脱色反应为一级反应，铁屑溶解符合零级反应。了固－液比，温度、ＰＨ、铁屑粒径、活化时间等诸因素对反庆速度常数的影响。     

酰基化反应废水的综合利用

以含AlCl3的酰基化反应工业废水为原料,采用聚芳醚砜酮中空纤维超滤膜为反应介质制备聚合氯化铝（PAC）。通过正交实验考察了碱浓度、碱化度、碱类型和加碱速率对PAC絮凝性能的影响。经优化后的试制参数用于PAC的放大实验,并将试制产品应用于染料废水的处理,考察了PAC对一定浓度的染料废水（达旦黄、活性红、甲基橙和食品黄）的脱色效果。实验结果表明,在NaOH溶液浓度0．5mol／L、渗透压0．2MPa、碱化度2．0时制备的PAC对4种染料的脱色率均大于96％。     

镁铝水滑石对直接冻黄的吸附性能研究

以硫酸镁和氯化铝为原料,按照镁铝摩尔比3∶1制备了镁铝水滑石,并通过镁铝水滑石处理直接冻黄染料模拟废水的条件实验,研究了固体投加量、废水初始pH值和反应时间对吸附效果的影响。实验结果表明,镁铝水滑石对直接冻黄染料具有良好的吸附效果,对于70 mg/L直接冻黄溶液,镁铝水滑石投加量为2.5 g/L,pH值为10.5,反应时间为20 min,脱色率可达96.46%。     

厌氧生物降解活性黑KN-B5

研究了在葡萄糖作为共代谢基质时活性黑KN-B5的降解效果。实验结果表明:当葡萄糖质量浓度为1 500m g/L时,活性黑KN-B5初始质量浓度为30m g/L的染料溶液厌氧生物降解24h和48h后的降解率分别达到77.5%和90.3%;活性黑KN-B5的厌氧降解符合一级动力学方程,其反应速率常数为0.043 6h-1,半衰期为15.9h;葡萄糖质量浓度的增大对提高活性黑KN-B5厌氧生物降解效果有利。紫外-可见光谱扫描结果表明,活性黑KN-B5的降解过程中生成了小分子芳香胺类化合物;扫描电子显微镜照片表明污泥中对活性黑KN-B5起降解作用的菌种主要是杆菌和球菌。     

铁屑-烟道灰内电解法处理模拟分散大红GS染料废水

采用铁屑-烟道灰内电解法处理模拟分散大红GS染料废水。实验结果表明,在废水pH为5、铁屑加入量为6g、烟道灰加入量为8g、搅拌时间为20m in的最佳条件下处理250mL质量浓度为50m g/L的染料废水,废水的脱色率达81.1%。经铁屑-烟道灰处理后,分散大红GS染料在227.0nm处的特征吸收峰显著降低。所含偶氮基团被还原为苯胺类物质,铁屑被氧化为Fe2+,碱性条件下,Fe2+与OH-生成Fe(OH)2絮凝体。内电解法处理染料废水是氧化还原作用、混凝吸附作用等综合效应的结果。     

印染废水生化出水中各类有机物在Fenton 氧化过程中的去除效果

考察了Fenton氧化法处理印染废水生化出水时,不同因素对色度去除效果的影响。在最佳处理条件下,即[H2O2]∶[Fe2＋]为6∶1,反应初始pH为4.0,H2O2和FeSO4的投加量分别为3.6 mmol/L和0.6 mmol/L,反应时间为30min,UV254、DOC和COD的去除率分别达到了84%、52%和84%,ADMI7.6和稀释倍数表征的色度去除率分别达到了94%和96%。通过XAD-8/XAD-4吸附树脂联用技术将印染废水生化出水中溶解性有机物分为疏水酸、非酸疏水物质、弱疏水物质及亲水物质4类有机物。实验结果表明,对于该印染废水的生化出水,疏水性物质是引起色度的主要物质,所占比例以ADMI7.6表征时为92%,其中以非酸疏水物质的贡献最大,达到53%。Fenton试剂氧化处理对此水样中的非酸疏水物质和疏水酸均有较好的去除效果,对弱疏水性有机物和亲水性有机物去除率较低。     

亚铁羟基络合物还原转化水溶性偶氮染料

偶氮染料是印染工艺中应用最广泛的一类染料,目前染料废水脱色是污水处理难题。亚铁混凝处理染料废水过程中可能存在亚铁的还原作用,本实验制备了比溶解态亚铁更具还原反应活性的亚铁羟基络合物(ferrous hydroxycomplex,FHC),以5种不同类型的水溶性偶氮染料为目标污染物,研究FHC还原水溶性偶氮染料的脱色性能。实验结果表明,FHC对活性艳红X-3B、酸性大红GR和阳离子红X-GRL有较好的还原脱色效果,仅投加含铁89.6 mg/L的FHC,染料脱色率达到90%以上,继续增大FHC投加量可以完全脱色;中性枣红GRL的FHC还原脱色效果较差,需加入313.6 mg/L的FHC才能达到90%以上脱色率;134.4 mg/L的FHC能够将直接耐酸大红4BS完全脱色,但其脱色主要以混凝沉淀为主;溶液pH对FHC的还原性能产生重要影响,FHC还原染料脱色的适宜的pH值范围为4～10。该研究为亲水性染料脱色提供了一种新的技术,也为FHC运用于印染废水脱色提供了理论基础。     

TiO_2胶体光催化降解罗丹明B染料

TiO2胶体从钛氧有机物水解制备,表征的方法有：X射线衍射光谱（XRD）、激光散射粒径分布、傅立叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子谱（XPS）和透射电子显微镜（TEM）。利用罗丹明B染料分子作为探针分子研究TiO2胶体的光催化活性,分析了pH、催化剂用量、外加氧化剂（H2O2）用量及罗丹明B初始浓度对TiO2胶体光催化活性的影响。结果表明：制备的TiO2胶体粒子平均粒径为13.8 nm（激光散法测定）,光催化降解罗丹明B染料的反应属于一级动力学反应,可以用Langmuir-Hinshewood模型加以描述,反应速率常数k1为0.08413 mg/（L.min）,平衡吸附常数k2为1.5305 L/mg;在pH为6,TiO2胶体用量为0.04%,H2O2（含量30%）用量为0.2%（V/V）,光照度为69.6μW/cm2时,5 h后罗丹明B染料的降解率可达到99%以上;相似的条件,0.2%的P25 TiO2粉体光催化处理染料水时,罗丹明B的降解率为90%。纳米TiO2胶体不仅可以提高罗丹明B的光催化降解率,还具有用量少,可有效降低水处理成本的特点。     

铁阳极电化学对直接大红4BE模拟废水脱色

对铁阳极电化学处理直接大红4BE染料废水脱色率和脱色能耗的影响因素进行研究。考察了电流密度、染料溶液初始pH值、染料初始浓度和支持电解质Na2SO4浓度对脱色性能的影响。结果表明,电流密度、染料废水初始pH、染料初始浓度、支持电解质浓度对脱色率和脱色能耗产生较大影响。在电流密度1.667 mA/cm2、pH值6.54、染料浓度50mg/L、Na2SO4浓度0.01 mol/L、温度20℃、搅拌速度600 r/min、电解时间60 min条件下,脱色率达到92.1%,脱色能耗1.298 kWh/kg染料、铁阳极消耗量41 mg/400 mL染料模拟废水。