次氯酸鈉處理甲基橙廢水的試驗(yàn)研究

肖方，高江林，鄭廣宏，李新國，董應(yīng)尚

（1.山東省菏澤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東菏澤 274000；2.山東省菏澤第一中學(xué)，山東菏澤 274000；3.同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092）

甲基橙是一種偶氮類染料，屬于難氧化降解有機(jī)物。含有甲基橙的廢水可生化性差、成分復(fù)雜，目前去除方法一般有厭氧-好氧組合工藝[1]、電化學(xué)法[2]、芬頓試劑氧化法[3]等。劉巧茹等[4]采用雙介質(zhì)阻擋放電等離子體廢水處理系統(tǒng)對模擬的甲基橙染料廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得出在加入三價鐵離子作催化劑的條件下，脫色效果更好，脫色率可達(dá)79%左右。近年來，次氯酸鈉氧化工藝因其去除率高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)而成為環(huán)保工作者研究的熱點(diǎn)。岳楠等[5]以次氯酸鈉為氧化劑，對質(zhì)量濃度為200 mg/L的氨氮模擬廢水進(jìn)行處理，取得了良好的去除效果。石娟等[6]用次氯酸鈉處理廢水中的尿素，研究結(jié)果表明，采用空氣吹脫能有效提高尿素去除效果。本試驗(yàn)采用次氯酸鈉氧化降解甲基橙模擬廢水，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與藥品

TU-1900紫外分光光度計(jì)，上海儀電分析儀器有限公司；XHC-401COD恒溫加熱器，濟(jì)南盛泰電子科技有限公司；JB-1恒溫磁力攪拌器，上海雷磁創(chuàng)益儀器儀表有限公司；CPA2245電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；BCD-185F電子冷柜，江蘇白雪儀器有限公司；102電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海菁工儀器有限公司。

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaClO、K2CrO7、（NH4)Fe(SO4)2·6H2O、Ag2SO4、HgSO4均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲基橙為工業(yè)級，上海信裕生物科技有限公司，其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 甲基橙分子結(jié)構(gòu)圖

1.2 試驗(yàn)方法

在燒杯中加入100 mL一定濃度的甲基橙模擬廢水，投加一定量的次氯酸鈉溶液，在磁力攪拌器上攪拌一定時間，于最大吸收波長464 nm處測定甲基橙溶液的吸光度，并換算成濃度，計(jì)算其脫色率；同時測定甲基橙溶液的COD值，計(jì)算COD去除率。去除率計(jì)算公示見式1。

式中，C1為處理前甲基橙的COD值或質(zhì)量濃度，mg/L；C2為處理后甲基橙的COD值或質(zhì)量濃度，mg/L。

在不同攪拌時間（0.5～5.5 h）、次氯酸鈉用量（2～12 mL/L）和甲基橙初始濃度（40～120 mg/L）條件下進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察次氯酸鈉去除甲基橙的最佳條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 攪拌時間對甲基橙脫色率的影響

在甲基橙濃度為40 mg/L、次氯酸鈉用量為10 mL/L的實(shí)驗(yàn)條件下，考察攪拌時間對甲基橙脫色率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，隨著攪拌時間的延長，甲基橙的脫色率逐漸增大。當(dāng)攪拌時間為3.5 h時，甲基橙的脫色率達(dá)到93%；而3.5 h以后，脫色率的增加趨勢則較為緩慢。因此，綜合考慮時間和能耗成本，攪拌時間取3.5 h為宜。

2.2 次氯酸鈉用量對甲基橙脫色率和COD去除率的影響

在甲基橙濃度為40 mg/L、攪拌時間為3.5 h的實(shí)驗(yàn)條件下，考察次氯酸鈉用量對甲基橙脫色率和COD去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可以看出，隨著次氯酸鈉用量的增加，甲基橙的脫色率和COD去除率均呈現(xiàn)上升趨勢。由甲基橙的分子結(jié)構(gòu)可以看出，甲基橙具有典型的偶氮類染料結(jié)構(gòu)N=N雙鍵，而且在N=N雙鍵兩邊連有苯環(huán)，由于N=N雙鍵與苯環(huán)上的大π鍵之間的共扼關(guān)系，使得甲基橙結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。由于N=N雙鍵是偶氮類染料的主要發(fā)色基團(tuán)，因此破壞N=N雙鍵就成為了降解甲基橙的關(guān)鍵。次氯酸鈉能有效破壞這種發(fā)色基團(tuán)。當(dāng)次氯酸鈉用量為10 mL/L時，甲基橙的脫色率為95%，COD去除率為53%。綜合考慮去除效果和處理成本，在其他單因素試驗(yàn)中，次氯酸鈉用量均取10 mL/L。

2.3 甲基橙初始濃度對甲基橙脫色率和COD去除率的影響

在次氯酸鈉用量為10 mL/L、攪拌時間為3.5 h的實(shí)驗(yàn)條件下，考察甲基橙濃度對甲基橙脫色率和COD去除率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，隨著甲基橙初始濃度的升高，其脫色率和COD去除率均逐漸下降，但下降趨勢較為緩慢，且去除的絕對量不斷增加。這說明甲基橙濃度較低有利于被氧化降解，同時也表明當(dāng)有大量的甲基橙分子存在時，單位時間內(nèi)次氯酸鈉的氧化能力是有限的。

圖3 初始濃度對甲基橙去除效果的影響

3 結(jié)論

運(yùn)用單因素實(shí)驗(yàn)確定了次氯酸鈉處理甲基橙模擬廢水的最佳工藝條件：甲基橙濃度為40 mg/L時，在次氯酸鈉用量為10 mL/L，攪拌時間為3.5 h的實(shí)驗(yàn)條件下，甲基橙的脫色率可達(dá)95%，COD去除率可達(dá)53%。