次氯酸鈉處理堿性紫5BN模擬廢水的研究

肖方，徐雄，肖培平，陶美娟，張翠菊，董應(yīng)尚

（山東省菏澤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，菏澤274000）

堿性紫5BN含有穩(wěn)定的多環(huán)芳香族化合物，屬于三芳甲烷類(lèi)物質(zhì)，是一種難氧化降解有機(jī)物，這種廢水成分復(fù)雜，用傳統(tǒng)的生化法和物理法處理效果差[1～3]。因此研究如何去除工業(yè)廢水中的三芳甲烷類(lèi)物質(zhì)對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。次氯酸鈉氧化工藝因其運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、成本較低、原材料易得且處理效果好而備受關(guān)注。衛(wèi)世乾等[4]研究了在不同pH值、溫度等條件下次氯酸鈉處理K2Cu(CN)3水樣的方法，可使[Cu（CN)3]2-去除率達(dá)96%以上。田靜等[5]采用次氯酸鈉處理鉛鋅礦尾礦庫(kù)外排廢水，處理后COD能達(dá)到40～60mg/L。余華東等[6]利用次氯酸鈉處理電鍍工業(yè)園區(qū)污水處理廠的生化出水，結(jié)果表明最佳條件下，出水氨氮的質(zhì)量濃度小于8 mg/L，可達(dá)標(biāo)排放。本試驗(yàn)運(yùn)用次氯酸鈉氧化法降解堿性紫5BN模擬廢水，確定了最佳工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與藥品

HC-C電子計(jì)數(shù)天平，浙江省華馳儀器有限公司生產(chǎn)；BCD-210SVDL電子冷柜，青島海爾股份有限公司生產(chǎn)；UV1900紫外分光光度計(jì)，上海讓奇科技有限公司生產(chǎn)；102電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海菁工儀器有限公司生產(chǎn)；JB-1恒溫磁力攪拌器，上海雷磁創(chuàng)益儀器儀表有限公司生產(chǎn)；XHC-401COD恒溫加熱器，濟(jì)南盛泰電子科技有限公司生產(chǎn)。

分析純K2CrO7；（NH4)Fe(SO4)2·6H2O；Ag2SO4；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaClO；優(yōu)級(jí)純HgSO4。工業(yè)級(jí)堿性紫5BN，濟(jì)寧市正大化工有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

于燒杯中加入100mL一定濃度的堿性紫5BN模擬溶液，投加一定體積的次氯酸鈉溶液，放置在磁力攪拌器上攪拌一定時(shí)間，于最大吸收波長(zhǎng)582nm處測(cè)定堿性紫5BN溶液的吸光度，轉(zhuǎn)換成濃度，計(jì)算其脫色率。測(cè)定處理前后堿性紫5BN溶液的COD值，計(jì)算COD去除率。計(jì)算公示見(jiàn)式（1）。

其中，w1為處理前堿性紫5BN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或COD值（mg/L）；w2為處理后堿性紫5BN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或COD值（mg/L）。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)確定最佳工藝參數(shù)

2.1.1 堿性紫5BN初始質(zhì)量濃度對(duì)其脫色率和COD去除率的影響

在次氯酸鈉投加體積為1.0mL、攪拌時(shí)間2h的試驗(yàn)條件下，改變堿性紫5BN的初始質(zhì)量濃度。研究堿性紫5BN初始質(zhì)量濃度對(duì)其脫色率和COD去除率的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 初始濃度對(duì)堿性紫5BN去除效果的影響

由圖1可以看出：堿性紫5BN初始質(zhì)量濃度越高，其脫色率和COD去除率越低，且當(dāng)堿性紫5BN初始質(zhì)量濃度超過(guò)160 mg/L后，其脫色率和COD去除率迅速下降。這說(shuō)明堿性紫5BN質(zhì)量濃度較低有利于被次氯酸鈉氧化降解，同時(shí)也表明單位時(shí)間內(nèi)次氯酸鈉氧化高濃度堿性紫5BN分子的能力是有限的。在以后的單因素試驗(yàn)中，堿性紫5BN初始質(zhì)量濃度均取100 mg/L。

2.1.2 攪拌時(shí)間對(duì)堿性紫5BN脫色率的影響

選取堿性紫5BN初始質(zhì)量濃度為100mg/L、次氯酸鈉投加體積為1.0mL，改變攪拌時(shí)間，研究不同攪拌時(shí)間對(duì)堿性紫5BN脫色率的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 攪拌時(shí)間對(duì)堿性紫5BN去除效果的影響

由圖2可以看出：隨著反應(yīng)時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)，堿性紫5BN的脫色率上升趨勢(shì)明顯。當(dāng)攪拌時(shí)間為2h時(shí)，堿性紫5BN的脫色率已達(dá)84.71%。但超過(guò)2h以后，脫色率的增加趨勢(shì)則明顯放緩。因此，在以后的單因素試驗(yàn)中，攪拌時(shí)間取為2h。

2.1.3 次氯酸鈉投加體積對(duì)堿性紫5BN脫色率及COD去除率的影響

選取堿性紫5BN濃度100mg/L、攪拌時(shí)間為2h，改變次氯酸鈉的投加體積。研究不同次氯酸鈉投加體積對(duì)堿性紫5BN脫色率及COD去除率的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出：增加次氯酸鈉的投加體積，堿性紫5BN脫色率及COD去除率均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。尤其是COD去除率的上升趨勢(shì)更為顯著，當(dāng)次氯酸鈉投加體積為0.2mL時(shí)，COD去除率僅為45.36%，而在次氯酸鈉投加體積為1.0mL時(shí)，COD去除率已達(dá)70.15%，脫色率也高達(dá)85.05%。當(dāng)次氯酸鈉投加體積繼續(xù)增加時(shí)，堿性紫5BN的脫色率及COD去除率的上升均趨于平緩。綜合考慮去除效果和處理成本，次氯酸鈉投加體積取1.0mL。

圖5 NaClO投加體積對(duì)堿性紫5BN去除效果的影響

2.2 正交試驗(yàn)確定影響因素主次關(guān)系

以堿性紫5BN初始質(zhì)量濃度（mg/L）、次氯酸鈉投加體積（mL）、攪拌時(shí)間（t）為因素，按照L9(34)四因子三水平正交試驗(yàn)表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。各因素水平的選取見(jiàn)表1。

表1 堿性紫5BN正交試驗(yàn)各因素水平的選取

每次試驗(yàn)均取50mL堿性紫5BN溶液，按照表1中所列各組實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行反應(yīng)，準(zhǔn)確控制攪拌時(shí)間，于最大吸收波長(zhǎng)582nm處測(cè)定堿性紫5BN溶液的吸光度，轉(zhuǎn)換成濃度，計(jì)算其脫色率。正交試驗(yàn)表見(jiàn)表2。

表2 堿性紫5BN的正交試驗(yàn)表

根據(jù)正交試驗(yàn)表中的極差結(jié)果可以看出，次氯酸鈉投加體積對(duì)堿性紫5BN脫色率的影響最大，其次是攪拌時(shí)間，再次是堿性紫5BN的初始質(zhì)量濃度。

3 結(jié)論

運(yùn)用單因素影響試驗(yàn)確定了次氯酸鈉氧化降解堿性紫5BN模擬廢水的最佳工藝參數(shù)為：堿性紫5BN濃度為100mg/L時(shí)，在次氯酸鈉投加體積為1.0mL，攪拌時(shí)間為2h的試驗(yàn)條件下，堿性紫5BN的脫色率可達(dá)85.05%，COD去除率可達(dá)70.15%。運(yùn)用正交試驗(yàn)確定了次氯酸鈉投加體積對(duì)堿性紫5BN脫色率的影響最大，其次是攪拌時(shí)間，再次是堿性紫5BN的初始質(zhì)量濃度。次氯酸鈉處理堿性紫5BN的反應(yīng)呈現(xiàn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，動(dòng)力學(xué)方程為L(zhǎng)nC=-0.0137t+4.60517，R2=0.7029。其中反應(yīng)速率常數(shù)為0.0137min-1，t1/2=50.59min。