高鐵酸鹽處理活性黃X-R染料模擬廢水工藝參數(shù)的正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化研究

王　婷　付忠田*　崔　印　黃　楊　陳　棟

（1東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院遼寧沈陽(yáng)1100042營(yíng)口開(kāi)發(fā)區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站遼寧營(yíng)口115007）

高鐵酸鹽處理活性黃X-R染料模擬廢水工藝參數(shù)的正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化研究

王婷1付忠田1*崔印1黃楊1陳棟2

（1東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院遼寧沈陽(yáng)1100042營(yíng)口開(kāi)發(fā)區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站遼寧營(yíng)口115007）

以活性黃X-R染料模擬廢水為研究對(duì)象，脫色率為考察指標(biāo)，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)和極差法確定染料溶液初始濃度、反應(yīng)液pH、高鐵酸鹽加入量、攪拌速度、反應(yīng)時(shí)間、溫度對(duì)反應(yīng)速率影響程度的優(yōu)先順序，并確定用高鐵酸鹽處理活性黃X-R染料模擬廢水的最佳工藝參數(shù)。

高鐵酸鹽；脫色率；活性黃X-R正交實(shí)驗(yàn)

染料廢水是難處理的工業(yè)廢水之一，具有色度深、堿性大、有機(jī)污染物含量高和水質(zhì)變化大的特點(diǎn)[1]。目前處理染料廢水的方法較多,可是都存在一定的局限性。高鐵酸鹽通常指的是含+6價(jià)態(tài)鐵的含氧酸鹽，其具有強(qiáng)氧化性和選擇性，且在分解過(guò)程中因產(chǎn)生二價(jià)和三價(jià)鐵離子而具有優(yōu)良的混凝性能[2～3]。因而在環(huán)保中的水處理領(lǐng)域中被認(rèn)為是一種具有選擇性的新型、高效、多功能的綠色氧化劑[4～7]。以往的研究表明，染料溶液初始濃度、反應(yīng)液pH、高鐵酸鹽加入量、反應(yīng)時(shí)間、溫度等因素都會(huì)對(duì)處理效果產(chǎn)生一定的影響[8～10]。但各項(xiàng)因素對(duì)處理效果的影響程度及主次關(guān)系卻少有研究。正交實(shí)驗(yàn)是通過(guò)代表性很強(qiáng)的少數(shù)實(shí)驗(yàn)反映出實(shí)驗(yàn)因素對(duì)考察指標(biāo)的影響情況以確定各因素影響主次順序的實(shí)驗(yàn)方法[11]。本文用正交實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)高鐵酸鹽處理染料模擬廢水的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化選擇,研究高鐵酸鹽處理染料廢水的一般規(guī)律。

1　材料與方法

1.1儀器、藥品、試劑及其他材料

儀器：磁力攪拌器（加熱），紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)（SpectroFlex成都銳新儀器儀表有限公司）,離心機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)型pH計(jì)（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司PB-10），電子精密天平（梅特勒—托利多儀器有限公司PL203）。

藥品與材料：活性黃X－R（原染料，市售），硫酸（分析純，沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)試劑廠），氫氧化鈉（分析純，天津市博迪化工有限公司）,高鐵酸鉀（天津科密歐）。

1.2模擬廢水的配制

根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確稱(chēng)取活性黃X－R染料，并用蒸餾水定容。

1.3活性黃X－R吸收光譜的測(cè)定

活性黃X－R染料廢水溶液的吸收光譜曲線如圖1，從吸收光譜中可看出活性黃X－R在384m處有最大特征吸收。因此選取384nm測(cè)試模擬染料廢水的吸光度。

圖1　吸收光譜曲線

1.4正交試驗(yàn)影響因素及水平的選擇

由單因素條件實(shí)驗(yàn)可知，影響高鐵酸鹽處理活性黃X-R染料模擬廢水脫色率的因素有染料初始濃度、反應(yīng)液pH、高鐵酸鹽加入量、攪拌速度、反應(yīng)時(shí)間、溫度等。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)處理方法特點(diǎn)選定五水平六因素模型，如表所示。

表1　正交試驗(yàn)因素表

1.5實(shí)驗(yàn)方法

取相應(yīng)濃度模擬染料廢水在384nm處測(cè)定吸光度A0;用量筒量取50mL該濃度廢水于燒杯中，加入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)高鐵酸鹽量，置于預(yù)熱的磁力攪拌器上進(jìn)行反應(yīng)，調(diào)整磁力攪拌器至設(shè)定轉(zhuǎn)速，待液體溫度穩(wěn)定開(kāi)始計(jì)時(shí)。反應(yīng)至實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)間取下燒杯，待液體溫度降至室溫取樣離心。取離心后上清液測(cè)定吸光度A1，并按式（1）計(jì)算其脫色率：

A0——處理前溶液的吸光度；

A1——處理后溶液的吸光度。

式（1）中A0為最大可見(jiàn)吸收波長(zhǎng)下染料模擬廢水原液的吸光度；

A1為最大可見(jiàn)吸收波長(zhǎng)下染料模擬廢水不同反應(yīng)t時(shí)間后的吸光度。

2　結(jié)果與討論

2.1正交試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1.1正交試驗(yàn)標(biāo)記結(jié)果

表2　正交試驗(yàn)標(biāo)記結(jié)果

2.1.2極差分析

根據(jù)極差R的大小可以看出,在各因素選定的范圍內(nèi),影響處理效果的各因素的主次關(guān)系依次為:反應(yīng)液pH（B）＞反應(yīng)時(shí)間（E）＞初始濃度（A）＞高鐵酸鉀摩爾量/染料摩爾量（C）＞溫度（F）＞攪拌速度(D)。

3　結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)五水平六因素的正交實(shí)驗(yàn)研究可知，高鐵酸鹽處理活性黃X-R染料模擬廢水過(guò)程中6種因素對(duì)活性黃X-R染料廢水脫色的影響程度大小依次為：反應(yīng)液pH（B）＞反應(yīng)時(shí)間（E）＞初始濃度（A）＞高鐵酸鉀摩爾量/染料摩爾量（C）＞溫度（F）＞攪拌速度(D)。

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王婷（1994—），女，東北大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)2012級(jí)本科生。