超聲波/紫外法處理甲基橙廢水的實(shí)驗(yàn)研究

唐抒圓 裴 雪 李 欣 龍海蛟 孫 磊

(北華大學(xué)林學(xué)院,吉林 吉林132000)

超聲波/紫外法處理甲基橙廢水的實(shí)驗(yàn)研究

唐抒圓 裴 雪 李 欣 龍海蛟 孫 磊

(北華大學(xué)林學(xué)院,吉林 吉林132000)

以甲基橙廢水為研究對(duì)象，考查超聲波/紫外法對(duì)甲基橙廢水的處理效果，及其影響因素與最佳處理?xiàng)l件。結(jié)果表明：甲基橙廢水的最適反應(yīng)時(shí)間為100min，最佳pH為3-7；US/UV法對(duì)10mg/L的甲基橙的COD去除效率為78.4%，脫色率為89.2%；US/UV法適用于低濃度的甲基橙廢水處理，對(duì)于濃度高于10mg/L的甲基橙廢水，處理效果欠佳。

超聲波；紫外；甲基橙

據(jù)調(diào)查我國(guó)染料廢水的年排放量高達(dá)1.6億立方米，偶氮染料的使用量占染料總數(shù)的80%以上[1]。偶氮染料廢水成分復(fù)雜，CODcr濃度、色度、含鹽量和酸堿度高，用常規(guī)方法處理偶氮染料廢水難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

利用超聲技術(shù)處理難降解的有機(jī)污染物是新興的水處理技術(shù)，超聲技術(shù)集高級(jí)氧化、超臨界氧化等特點(diǎn)于一體,是一種清潔高效，無(wú)二次污染的方法[2]。為了進(jìn)一步提高超聲技術(shù)降解污染物的效率，在研究中常將超聲波（US）與紫外光（UV）連用，協(xié)同處理難降解有機(jī)物。

本文選用甲基橙廢水模擬偶氮染料廢水，考查US/UV法對(duì)甲基橙廢水的處理效果，及其影響因素與最佳處理?xiàng)l件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

SB25-12D型超聲波清洗器（頻率40kHz、電功率500W）；UV1201-紫外/可見分光光譜儀；pHS-3C型酸度計(jì)；WFH-204A型交直流紫外燈。本文所涉及實(shí)驗(yàn)試劑甲基橙、濃硫酸、氫氧化鈉等均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1）US法單獨(dú)處理甲基橙廢水，采用單因子法，研究反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、pH對(duì)處理效果的影響。

2）US/UV法協(xié)同處理甲基橙廢水的處理效果，在上述實(shí)驗(yàn)所得出的最佳反應(yīng)條件下，考查US/UV法對(duì)不同初始濃度廢水的處理效果。

1.3 測(cè)定方法

COD測(cè)定采用重鉻酸鉀法：

COD去除率=（C0-C）/C0×100%

式中：C0——溶液初始COD，mg/L；

C——處理后溶液COD，mg/L。

色度測(cè)定采用分光光度法，在505nm波長(zhǎng)下測(cè)定：

脫色率=（A0-A）/A0×100%

式中：A0——溶液初始吸光度；

A——處理后溶液吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 US法單獨(dú)處理甲基橙廢水

2.1.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)處理效果的影響

通過查閱文獻(xiàn)[3-5]，選用10mg/L的甲基橙廢水為研究對(duì)象。

當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為100min時(shí)，COD去除率為63%，脫色率為70%，之后的100min內(nèi)，去除效果提升緩慢。分析是由于反應(yīng)后期，甲基橙濃度逐步降低，與超聲系統(tǒng)中的自由基碰撞幾率下降，在無(wú)外界條件刺激的情況下，去除效果基本維持不變。

2.1.2 反應(yīng)溫度對(duì)處理效果的影響

在20℃、30℃、50℃的條件下，分別處理10mg/L的甲基橙廢水，反應(yīng)100min后，測(cè)定其COD去除率與脫色率，結(jié)果見圖1。反應(yīng)的溫度對(duì)甲基橙廢水的處理效果基本無(wú)影響，因此反應(yīng)過程在常溫下進(jìn)行即可。

2.1.3 pH對(duì)處理效果的影響

利用硫酸、氫氧化鈉控制反應(yīng)液 pH[6]，處理 10mg/L的甲基橙廢水，反應(yīng)時(shí)間為100min，考查pH對(duì)處理效果的影響，結(jié)果如圖2所示。

可以看出，pH在3-7范圍內(nèi)，COD去除率可達(dá)到80%以上，當(dāng)pH＞7時(shí)，COD去除率僅為50%左右；pH在2-8范圍內(nèi)，脫色率可達(dá)到80%以上。經(jīng)測(cè)定，10mg/L的甲基橙廢水的初始pH為3.14，隨著反應(yīng)進(jìn)行，pH無(wú)明顯變化，因此處理過程中無(wú)需額外添加藥劑調(diào)節(jié)pH。

2.1.4 小結(jié)

對(duì)于10mg/L的低濃度甲基橙廢水，最適反應(yīng)時(shí)間為100min；反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)過程無(wú)明顯影響；pH在3-7范圍內(nèi)時(shí)，COD去除率與脫色率最佳。

2.2 US/UV法協(xié)同處理甲基橙廢水

利用頻率40kHz、電功率500W的超聲波與254nm的紫外光協(xié)同處理10mg/L的甲基橙廢水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

可見，COD去除率與脫色率都高于US法單獨(dú)處理甲基橙廢水，在反應(yīng)時(shí)間為100min時(shí)，US/UV法的COD去除效率為78.4%，脫色率為89.2%；US法的COD去除率為63.5%，脫色率為70.1%。分析認(rèn)為，紫外光激發(fā)了更多的自由基產(chǎn)生，加快了反應(yīng)速率，增強(qiáng)反應(yīng)效率，因此紫外光的加入有助于超聲波體系對(duì)甲基橙廢水的處理。

為了探究US/UV法處理甲基橙廢水的穩(wěn)定性，本文對(duì)比了US法與US/UV法對(duì)不同濃度甲基橙廢水的處理效果，結(jié)果見圖4。

可以看出在初始濃度為10mg/L、30mg/L、50mg/L時(shí)，US/UV法的COD去除率與脫色率均高于US法，再次證明了引入紫外光對(duì)超聲波系統(tǒng)處理效果的提升作用。此外，隨著初始濃度的提高，COD去除率與脫色率均明顯下降，分析是由于隨著溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，空化率逐漸變小[7]，導(dǎo)致處理效果下降。

3 結(jié)論

1）超聲波法處理甲基橙廢水的最適反應(yīng)時(shí)間為100min；溫度對(duì)處理效果影響不大；pH在3-7范圍內(nèi)時(shí)，處理效果最佳，甲基橙廢水的初始濃度為3.14，因此一般不需要調(diào)節(jié)反應(yīng)pH條件。

2）US/UV法協(xié)同處理甲基橙廢水的處理效果優(yōu)于US法，COD去除率與脫色率均顯著提高。

3）US/UV法適用于低濃度的甲基橙廢水處理，對(duì)于濃度高于10mg/L的甲基橙廢水，處理效果欠佳。

［1］劉悅,張金毅,姜旭峰,等.超聲技術(shù)在水處理中的研究進(jìn)展和專利分析[J].廣州化工,2011,39(21):26-30.

［2］高甲友.超聲技術(shù)降解水溶液中甲基紫水處理技術(shù)[J].水處理技術(shù),2003,29(6): 352-354.

［3］邢鐵玲,Chu K H,陳國(guó)強(qiáng).超聲降解甲基橙的研究[J].中國(guó)給水排水,2006,22 (13):102-104.

［4］梁山景,程建萍,陳長(zhǎng)琦.功率超聲處理甲基橙廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,33(10):1563-1566.

［5］胡文容,錢夢(mèng)騄,高廷耀.超聲強(qiáng)化臭氧偶氮染料的脫色效能[J].中國(guó)給水排水, 1999,15(11):1-4.

［6］司秀杰.模擬偶氮染料廢水甲基橙溶液的處理研究[D].重慶：重慶大學(xué),2005.

［7］Rehorek A,Tauber M,Gubitz G.Application of power ultrasound for azo dye degradation[J].Ultrasonics Sonochemistry,2004,11(34):177-182.

［責(zé)任編輯：李書培］

Study on the Degradation of Methyl Orange Wastewater by Ultrasound/UV-light

TANG Shu-yuan PEI Xue LI Xin LONG Hai-jiao SUN Lei
(Forestry College of Beihua University,Jilin Jilin 132000,China)

Taking methyl orange wastewater as the research object,study on the effect,factor and best conditions about the degradation of methyl orange wastewater by ultrasound/UV-light.The results show that:the best reaction time is 100min,pH is 3-7;initial concentration of methyl orange is 10 mg/L,the removal efficiency of COD is 78.4%,the decolorization rate of the solution is 89.2%;US/UV is suitable for low concentration methyl orange wastewater,less effective when the initial concentration of methyl orange is more than 10 mg/L.

Ultrasonic;Ultraviolet light;Methyl orange

唐抒圓(1990— ),碩士，北華大學(xué)林學(xué)院環(huán)境系實(shí)驗(yàn)教師。