鹽含量對模擬直接黃R染料廢水色度的影響試驗

余燦，易紹金

(長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023)

直接黃R是市場規(guī)模較大的染料化工產品，分子式為C16H10N2Na2O7S2，相對分子質量為452.37。直接黃R染料廢水具有COD高(20000mg/L左右)、色度高(3.0×105倍左右)、鹽含量高(12%～16%)、難生物降解等特點。直接黃R染料廢水傳統(tǒng)處理方法主要是通過物理和化學方法，即混凝、Fenton氧化、混凝的工藝來降低色度[1]。但通過該方法處理直接黃R染料廢水成本太高。通過查閱資料和實際工藝流程分析[2～8]，發(fā)現實際直接黃R染料廢水中含有氯化鈉，氯離子是負價態(tài)的陰離子，具有一定的還原性，根據Fenton反應的反應機理[9]，還原性的物質可被Fenton反應體系中產生的羥基自由基氧化，額外消耗氧化劑的用量，進而增加成本。為探究鹽含量對直接黃R染料廢水色度的影響，筆者以模擬直接黃R染料廢水為研究對象，對模擬直接黃R染料廢水的色度進行研究，主要是采取Fenton氧化法降低模擬直接黃R染料廢水的色度，重點探究氯化鈉含量對色度的影響。

1 試驗部分

1.1 主要原料

硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)(分析純)、30%雙氧水(分析純)、ZT-02型混凝劑(工業(yè)品)、濃硫酸(98%，分析純)、氯化鈉(分析純)、直接黃R固體染料(工業(yè)級)。

1.2 Fe2+溶液的制備

將濃硫酸(98%)稀釋制備成1mol/L H2SO4溶液，取27.8g硫酸亞鐵(分析純)加入濃度為1mol/L的H2SO4溶液中制備100ml的1mol/L FeSO4溶液，作為試驗用。

1.3 模擬廢水的配制

試驗用水為模擬直接黃R染料廢水。取10.0g工業(yè)級直接黃R染料溶于燒杯中，再轉移至1000ml容量瓶中，配制成10.0g/L的模擬直接黃R染料廢水。初始模擬廢水水樣色度為2.8×105倍，pH值為7.0，基本符合實際廢水的色度和pH值。

1.4 試驗方法及條件確定

根據相關文獻[1,10]和初試準備階段研究結果，試驗方法確定為絮凝-Fenton氧化-絮凝，反應條件為初始pH值為4，H2O2和FeSO4投加比例為2∶1，混凝劑投加量為2%。

1.5 色度的測定

水質色度的測定采用GB11903—89《水質色度的測定》規(guī)定的稀釋倍數法。

1.6 沉淀量的測定

將反應完成的溶液攪拌搖勻后倒入50ml量筒中，經過24h沉淀，觀察記錄沉淀量。沉淀占比=沉淀量/50。

1.7 沉淀時間的測定

將反應完成的溶液攪拌搖勻后倒入50ml量筒中，每隔30min記錄一次沉淀量，直至1h內沉淀量無變化，記錄總時間。

2 試驗條件的確定

試驗方法為絮凝-Fenton氧化-絮凝，在第1次絮凝后，模擬直接黃R染料廢水的色度已經下降至10000倍以下，獲得了較好的效果，下述試驗研究均在第1次絮凝之后的條件下進行。

2.1 Fenton試劑投加量

投加Fenton試劑后，Fenton體系產生大量的羥基自由基[11]，氧化了廢水中有機物的發(fā)色基團，使色度下降，隨著Fenton試劑的投加量增多，過量的羥基自由基會氧化溶液中的Fe2+，導致體系色度增加。試驗結果如圖1所示，綜合考慮藥劑成本等因素，確定雙氧水的投加量為100ml/L。

2.2 加藥后反應時間

控制單一變量反應時間，從10min增加到120min，隨著反應時間的增加，色度逐漸下降，反應時間超過30min，色度隨時間的增加而逐漸下降，但變化幅度較小。試驗結果如圖2所示，綜合試驗時間和進程等因素，確定反應時間為30min。

圖1 雙氧水投加量對色度的影響 圖2 反應時間對色度的影響

通過上述試驗可知，在Fenton氧化去除色度的反應中，pH值為4，反應時間為30min，試劑配比為2∶1，即30%雙氧水的投加量為100ml/L，1mol/L FeSO4的投加量為50ml/L為最優(yōu)條件。

3 鹽含量對色度的影響與結果分析

3.1 鹽含量對色度的影響

試驗初始pH值為4，反應時間為30min，試劑配比為2∶1，即30%雙氧水的投加量為100ml/L，1mol/L FeSO4的投加量為50ml/L，試驗結果如圖3所示。鹽含量為0時，反應過后的色度最小，為700倍；隨著鹽含量的逐漸增加，色度也逐漸增加；鹽含量大于1%后，鹽含量增加，色度變化幅度不大。該現象產生的原因可能是模擬廢水中引入了氯化鈉，而氯離子具有一定的還原性，會消耗氧化劑的用量，使氧化劑未與模擬廢水中的發(fā)色基團反應，導致色度增加。

在進行鹽含量對色度的影響試驗中還發(fā)現，隨著鹽含量的增加，模擬直接黃R染料廢水的沉淀量和沉淀時間都發(fā)生了改變。而沉淀量的增加會增加后續(xù)的處理成本，沉淀時間的增加會降低沉淀的去除效率。因此，需要對鹽含量與沉淀量和沉淀時間的關系進行研究。

3.2 鹽含量對沉淀量的影響

試驗初始pH值為4，反應時間為30min，試劑配比為2∶1，即30%雙氧水的投加量為100ml/L，1mol/L FeSO4的投加量為50ml/L。試驗結果如圖4所示，當模擬直接黃R染料廢水中不含有鹽時，沉淀量很少，為6ml；當鹽含量從0增加到1.25%時，沉淀量迅速增加；當鹽含量超過1.25%后，隨著鹽含量的增加，沉淀量在22ml左右，基本保持不變，這與鹽含量對色度的影響趨勢基本相一致。產生該現象的原因可能是加入了鹽之后，由于鹽析作用使模擬直接黃R染料廢水中的大分子有機物析出而導致了沉淀量的增加。

圖3 鹽含量對色度的影響 圖4 鹽含量對沉淀量的影響

圖5 鹽含量對沉淀時間的影響

3.3 鹽含量對沉淀時間的影響

試驗初始pH值為4，反應時間為30min，試劑配比為2∶1，即30%雙氧水的投加量為100ml/L，1mol/L FeSO4的投加量為50ml/L，試驗結果如圖5所示。當模擬直接黃R染料廢水中不含有鹽時，反應生成的沉淀在1h之內迅速沉降，隨著時間的增加，沉淀占比沒有改變，表示已經沉淀完全；當模擬直接黃R染料廢水中分別含有1%、2%、10%、20%鹽時，沉降性能很差，前4h都僅沉淀了22%左右，而從開始沉淀到500min之后，還未沉淀完全。當不含鹽的模擬直接黃R染料廢水已經沉淀完全后，含鹽的4個模擬直接黃R染料廢水仍然未開始沉淀。產生該現象的原因可能是由于模擬直接黃R染料廢水中鹽的存在，導致直接黃R染料廢水的密度增加，使沉淀更難沉降下來。

4 結論

1)對模擬直接黃R染料廢水進行處理時，鹽含量的增加會使Fenton試劑對色度的去除效果下降，導致色度增加，在1%時影響最大。鹽含量大于1%時，隨著鹽含量的增加，色度的變化不大。

2)對模擬直接黃R染料廢水進行處理時，鹽含量的增加會增加沉淀量，在1.25%時達到最大。鹽含量大于1.25%時，隨著鹽含量的增加，沉淀量幾乎不再增加。沉淀量的增加會增加后續(xù)的處理成本，使成本變高。

3)對模擬直接黃R染料廢水進行處理時，鹽含量會影響沉淀時間。模擬直接黃R染料廢水中不含有鹽時沉淀速度較快；當模擬廢水中含有鹽時沉淀速度明顯減緩。沉淀時間的增加會影響整個沉淀的效率，導致沉淀效率下降，時間變長。