高色度廢水脫色主要有物理法和化學(xué)法。物理法中常見有活性炭吸附法和有機(jī)、無機(jī)材料絮凝法，但物理法處理效率低，藥劑用量大，需要二次過濾，產(chǎn)生固廢，而化學(xué)法選擇到合適的藥劑再配合合理的工藝可以避免物理法的所有缺點(diǎn)。早期人們使用芬頓法來處理高色度廢水，但需要二次處理并產(chǎn)生大量廢渣;也有用次氯酸鈉處理，但部分殘留的藥劑對預(yù)處理廠接觸氧化池內(nèi)微生物有影響;實(shí)際生產(chǎn)中，一般也使用保險(xiǎn)粉來降低廢水色度，但保險(xiǎn)粉儲存和使用都有安全風(fēng)險(xiǎn)。
二氧化硫脲作為還原劑、漂白脫色劑、塑料穩(wěn)定劑或抗氧劑廣泛應(yīng)用在印染、造紙等行業(yè)。它為白色粉末狀晶體，晶體本身是一種既無氧化性又無還原性的化合物。水溶液呈弱酸性，在酸性溶液中，性質(zhì)穩(wěn)定;但在堿性溶液中，它會逐漸分解成尿素和活潑的強(qiáng)還原劑次硫酸，而次硫酸會進(jìn)一步分解出新生態(tài)氫。故在堿性溶液中，會產(chǎn)生遠(yuǎn)高于保險(xiǎn)粉的還原電位，達(dá)到相同還原電位的用量僅為保險(xiǎn)粉的20%～25%。與保險(xiǎn)粉比二氧化硫脲具有更強(qiáng)還原性、更好熱穩(wěn)定性，儲存運(yùn)輸方便，在使用過程中亦無污染等特點(diǎn)，公認(rèn)為是保險(xiǎn)粉的完美替代品。本文旨在探討其應(yīng)用于預(yù)處理高色度活性染料廢水的效果。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)原理
水溶液中二氧化硫脲存在甲、乙二種同分異構(gòu)體，異構(gòu)體甲性質(zhì)相對更穩(wěn)定。在微酸性、中性及常溫下，二氧化硫脲以甲的形式存在，不易分解，穩(wěn)定性較好。在堿性增強(qiáng)、溫度升高時(shí)甲很容易發(fā)生重排轉(zhuǎn)變成異構(gòu)體乙，而乙的穩(wěn)定性較差，易分解產(chǎn)生尿素和具有很強(qiáng)還原性的次硫酸。即隨著pH的升高，二氧化硫脲穩(wěn)定性顯著降低，實(shí)驗(yàn)表明：pH＞10時(shí)，時(shí)間為1h以上，分解率大于50%;繼續(xù)升高pH和延長時(shí)間，分解率可達(dá)70%以上;即使是穩(wěn)定的水溶液，50℃以上也會分解，但在40℃下穩(wěn)定性很好。
蒽醌結(jié)構(gòu)或多環(huán)酮結(jié)構(gòu)還原脫色一般為：染料或中間體經(jīng)還原后形成隱色體，在酸性條件下溶解度低，堿性下成鈉鹽，溶解度好。但絕大部分蒽醌還原染料的隱色體鈉鹽的色澤均較未還原染料的顏色深一些。
在二氧化硫脲的強(qiáng)堿溶液中，脂肪族、脂環(huán)族及芳香族酮類化合物很容易被還原成相應(yīng)的仲醇，部分酮類還可進(jìn)一步還原為烷烴，二氧化硫脲和氫氧化鈉的用量、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間決定著最終還原產(chǎn)物。
反應(yīng)通式如下：
偶氮類染料的還原脫色反應(yīng)通式一般為：
還原劑能將有色的偶氮結(jié)構(gòu)的染料還原成無色的芳香類化合物和芳香胺，也可能得到更小的穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到了脫色的效果。
1.2 實(shí)驗(yàn)原料與儀器
廢水樣品：三種活性染料廢水(德司達(dá)(南京)染料有限公司)，參數(shù)如表1。
試劑：32%NaOH溶液(工業(yè)品);30%HCl溶液(工業(yè)品);5%H2O2(南京化學(xué)試劑廠，分析純);二氧化硫脲(南京化學(xué)試劑廠，分析純)。
儀器：250mL錐形瓶、溫度計(jì)、電加熱型磁力攪拌器(IkaBasic2)、梅特勒移動式pH計(jì)(SG－02)、液相色譜儀(Waterse26－95)。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
各取表1中活性染料廢水樣品200mL，分別加入5mL的5%二氧化硫脲，攪拌10min后取5mL樣－1備用;然后使用32%NaOH將各樣pH值調(diào)至9.5～10，攪拌60min后，取5mL脫色后的樣－2備用;為了考察處理后的體系穩(wěn)定性，向有明顯脫色效果的樣品中加入10mL的5%雙氧水，攪拌60min，觀察有無明顯的返色，有明顯返色的取5mL樣－3備用。
1.4 測試方法
(1)樣品的CODCr測定采用重鉻酸鉀法;
(2)樣品色度CD測定采用稀釋倍數(shù)法;
(3)樣品成分采用高效液相色譜分析，方法如下：
色譜柱：安捷倫C18柱;
流動相：A：0.005mol/L某試劑水溶液，B：乙腈，梯度洗脫;
流速：1mL/min;
檢測波長：416nm;
溫度：25±2℃;
進(jìn)樣量：5μL。
2、結(jié)果與討論
2.1 脫色效果與返色結(jié)果
選取了多臺磁力攪拌器同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用1.3方法操作，被處理的三種染料廢水樣品均能被大幅降低色度，直至近無色，脫色效果較好;考慮到還原劑易被空氣氧化和還原態(tài)的穩(wěn)定性，每步均取樣留置，同時(shí)采用添加強(qiáng)氧化劑雙氧水來考察脫色后的穩(wěn)定性。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。
從上表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以看出，在堿性條件下，二氧化硫脲對上述三產(chǎn)品的高色度廢水都有顯著脫色效果，返色實(shí)驗(yàn)后CD數(shù)據(jù)表明脫色的穩(wěn)定性較好。
將脫色后樣－3室溫放置7天后，色度較之前也無明顯變化，脫色的效果和穩(wěn)定性完全滿足廢水預(yù)處理的要求。因?yàn)槎趸螂遄罱K分解成硫酸鈉和尿素，所以脫色處理后廢水COD變化不大。
2.2 色譜分析
為了更進(jìn)一步了解脫色后的組分變化，選取了返色實(shí)驗(yàn)中稍有返色的C樣(黃色染料廢水樣)，對原樣、脫色樣、返色樣進(jìn)行了HPLC分析，結(jié)果如下：
圖1中，在保留時(shí)間為6～10min之間有兩個明顯的吸收峰，保留時(shí)間較長的是氨基鄰位偶合物為主產(chǎn)物，保留較短的羥基鄰位偶合物為副產(chǎn)物，此樣品為淡黃色外觀。
圖2中，在保留時(shí)間為6～10min之間，相對圖1中兩個吸收峰已經(jīng)消失，此時(shí)樣品為近無色外觀。
圖3中，在保留時(shí)間為6～10min之間，出現(xiàn)了一個保留時(shí)間較短的吸收峰，推測為羥基的鄰位偶合物，此時(shí)樣品為弱黃色外觀，說明此結(jié)構(gòu)可能容易發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)。
綜上所述，若處理色度在2000～3000的高色度活性染料廢水，在弱堿性條件下(pH值9～10)，加入廢水量0．1%～0．15%的二氧化硫脲，攪拌數(shù)小時(shí)，即有明顯的脫色效果，如果處理溫度稍高，效果將更好。
3、結(jié)論
二氧化硫脲藥劑雖然價(jià)格稍高，但其儲存和使用安全，脫色條件溫和，用量少、效果好而且適用性廣，無需二次處理，綜合成本低、效益高，完全可以代替保險(xiǎn)粉作為高色度活性染料廢水預(yù)處理藥劑以及還原染料清洗劑使用。（來源：德司達(dá)(南京)染料有限公司）
