超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化法處理模擬對硝基苯酚廢水的試驗研究

1、超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化法處理模擬對硝基苯酚廢水 的試驗研究劉艷,孫麗華,魯秀國華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,南昌 (330013E-mail :摘 要:本文研究了單純次氯酸鈉氧化和超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化對模擬對硝基苯酚廢水的處 理效果 , 單純次氯酸鈉的氧化實驗表明 , 對于 20mL 模擬廢水 (20mg/L對硝基苯酚 , 1mL 氧化 劑 (0.3%次氯酸鈉 , pH 值 6.0,室溫條件下反應(yīng) 30min ,對硝基苯酚去除率可以達到 92.67%; 超聲協(xié)同作用, 去除率可以達到 96.12%, 處理后對硝基苯酚濃度為 0.81mg/L, 可以達到綜合 污水排放標準三級標準。關(guān)鍵詞:超聲協(xié)同;次

2、氯酸鈉氧化;對硝基苯酚1. 前言含酚廢水是一種來源廣、水量大、危害十分嚴重的工業(yè)廢水之一。酚類化合物是一種 原型質(zhì)毒物, 對一切生物個體都有毒害作用。 它可以通過皮膚及黏膜的接觸的吸入或經(jīng)口腔 浸入生物體內(nèi), 與細胞原漿中的蛋白質(zhì)接觸后形成不溶性蛋白質(zhì)而使細胞失去活性, 尤其對 神經(jīng)系統(tǒng)有較大的親和力, 使神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生病變。 另外, 高濃度的酚還可以引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)病 變 1-3。對硝基苯酚屬于有毒有機物, 本文利用超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化法對模擬對硝基苯酚廢水 進行了處理,提出了最佳實驗參數(shù) , 并從理論上進行了初步分析。2. 實驗部分2.1 儀器與試劑2.1.1 儀器 753BI 型微機型紫外可見

3、分光光度計、 KQ5200B 型超聲波清洗器、 HHS21-8 型 電熱恒溫水浴鍋、 85-1 型恒溫磁力攪拌器以及常規(guī)玻璃儀器等。2.1.2 試劑對硝基苯酚、次氯酸鈉、 鹽酸、氫氧化鈉(均為分析純2.2 實驗步驟2.2.1 模擬廢水的配制 利用對硝基苯酚配制模擬廢水,濃度為 20mg/L。2.2.3 實驗步驟(一 次氯酸鈉單獨氧化實驗一定量的模擬廢水, 然后加入一定量的次氯酸鈉溶液 (質(zhì)量濃度 0.3%,以下相同 , 調(diào)節(jié) pH 值,反應(yīng)一定時間后,測定吸光度,計算其去除率,此實驗需要考察氧化劑的 用量、 pH 值、反應(yīng)時間以及反應(yīng)溫度對實驗結(jié)果的影響。(二 超聲協(xié)同次氯酸鈉作用實驗進行完單

4、純次氯酸鈉氧化法對模擬廢水的處理實驗后,再考察超聲協(xié)同次氯酸鈉 的處理效果,首先,其它條件均采用最佳參數(shù),調(diào)整超聲波處理時間,反應(yīng)一定時間- 1 - 2 - 后,測其吸光度,計算去除率;然后確定超聲作用時間,氧化劑的用量。比較兩組實驗對于對硝基苯酚的處理效果,比較超聲協(xié)同的優(yōu)點和缺點,能否有效的去除對硝基苯酚。2.3 廢水處理效果表征分析本文中廢水處理效果以測定對硝基苯酚的吸光度然后間接計算其去除率來表征其處理效 果。2.3.1 去除率的計算 本文以吸光度來計算對硝基苯酚的去除率。對硝基苯酚的去除率 =(1-A/A0 *100%A 處理后模擬廢水的吸光度 A 0 處理前模擬廢水的吸光度3. 結(jié)

5、果與討論3.1 模擬廢水的指標模擬廢水用分析純對硝基苯酚配制,處理前模擬廢水中對硝基苯酚的質(zhì)量濃度為 20mg/L,測得最大吸收波長為 320nm ,吸光度為 1.105 , pH 值為 7。3.2 單純次氯酸鈉氧化實驗的各種影響因素3.2.1 氧化劑用量的選擇 5份 20mL 模擬廢水 , 調(diào)整各水樣的 pH 值至 6.0, 分別加入 0.4mL 、 0.6mL 、 0.8mL 、 1.0mL 、 1.2mL 氧化劑(0.3%的次氯酸鈉,以下相同,反應(yīng) 30min 后,測 定各水樣的吸光度,并計算去除率。其結(jié)果見圖 1所示。 40506070809010000.511.5氧化劑用量/ml去

6、除 率 /%020406080100120051015pH值 去 除 率 /%圖 1氧化劑用量的選擇 圖 2. 反應(yīng)溶液 pH 值的選擇Fig1.The selection of oxidizer dosage Fig2.The selection of the pH in solution由圖 1可以明顯看出,隨著氧化劑用量的增加,對硝基苯酚的去除率也逐漸增加,這 說明次氯酸鈉的強氧化作用隨著量的增大而逐漸增強, 將大分子的有機物氧化分解。 但是當(dāng) 氧化劑的量達到 1mL 以后, 對硝基苯酚的去除率增加得較為緩慢, 原因可能是有少量的中間 產(chǎn)物較難被氧化,即使增加氧化劑的用量,效果也不明顯。

7、 - 3 -綜合分析,對于 20mL 的模擬廢水,氧化劑的用量為 1mL 比較合適。3.2.2 反應(yīng)溶液 PH 值的選擇 5份 20mL 模擬廢水,各加入 1mL 次氯酸鈉溶液, 調(diào)整各水樣的 PH 值至 2.0、 4.0、 6.0、 8.0、 10.0,反應(yīng) 30min ,然后測各水樣的吸光度,計算去除率。結(jié)果 見圖 2所示。由圖 2可以看出:反應(yīng)溶液的酸性越強,對硝基苯酚的去除率越高,堿性條件下,效果 不佳。原因是在堿性條件下,次氯酸鈉主要以 ClO 形式存在, ClO 的氧化能力較弱,而且 廢水中的對硝基苯酚的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化, 不利于被氧化。 而在酸性條件下, 次氯酸鈉主要以 HOCl

8、形式存在, HOCl 與 ClO 的標準電極電勢差為 1.209V , 所以 HOCl 的氧化能力較強, 而 且廢水中的對硝基苯酚的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化, 有利于被氧化。 雖然酸性越強, 對硝基苯酚的 去除率越大,但是如果出水呈酸性,對于環(huán)境也是一種污染,對環(huán)境同樣造成危害,所以酸 水不能直接排放。綜合分析,為了不使處理后的水呈酸性,同時又達到比較好的處理效果, 反應(yīng)溶液的 pH 值為 6.0即可滿足要求。3.2.3 反應(yīng)時間的選擇 100mL模擬廢水, 加入 0.3%次氯酸鈉 5mL , 調(diào)整 pH 值至 6.0每隔一定 時間,測一次水樣的吸光度,計算去除率。結(jié)果見圖 3所示。 由圖 3可以看出

9、:隨著反應(yīng)時間的增長,對硝基苯酚的去除率逐漸增加,尤其在 2025min 時,去除率增長得特別快,但是在 30min 以后,去除率增長不太明顯,半個小時內(nèi), 去除率只增長了 1.08%.這是因為廢水中有機物被氧化的過程中, 生成了系列中間產(chǎn)物, 有少 許中間產(chǎn)物在本實驗條件下非常難于被氧化, 即使增加反應(yīng)時間, 該部分有機物也不可能被 氧化.因此,本實驗的反應(yīng)時間為 30min 即可滿足要求。3.2.4 反應(yīng)溫度的選擇 改變反應(yīng)溫度對處理結(jié)果的影響見圖 4所示。由圖 4可以看出:隨著溫度的升高,對硝基苯酚的去除率增加的極為緩慢,基本上處 于持平的狀態(tài)。 而且隨著溫度的升高, 對硝基苯酚有一定的

10、揮發(fā), 所以去除率雖然有一定的 增加, 但是不一定是溫度的升高使次氯酸鈉的氧化性增強, 有可能是揮發(fā)了一小部分。 對硝 基苯酚屬于有毒有機物, 揮發(fā)出的氣體對人體健康有一定的傷害, 尤其是對于呼吸系統(tǒng)。 鑒 于溫度對去除率的影響不大, 而且揮發(fā)出的氣體有毒, 所以, 實驗的溫度定為室溫即可滿足 要求。 808284868890929496020406080反應(yīng)時間 /min去 除 率 / %80859095100020406080溫度 去 除 率 /%圖 3 反應(yīng)時間的選擇 圖 4. 反應(yīng)溫度的選擇Fig3.The selection of reaction time Fig4.The sel

11、ection of environmental temperature- 4 - 3.3 超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化實驗的影響因素3.3.1 超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化法的降解機理 超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化作用的機理尚不十分清 楚,但是一般體現(xiàn)在兩方面:一是使次氯酸鈉能夠分解產(chǎn)生 HClO ,使其氧化性增強:另一 方面是次氯酸鈉氣泡粉碎成 “ 微氣泡 ” , 增加與水的接觸面積, 并且增加水的混合程度和紊亂 程度,減少阻力。具體的反應(yīng)類型要檢測中間產(chǎn)物才能確定,由于儀器設(shè)備等問題,沒有做 到這部分, 所以還不能確定具體的反應(yīng)類型, 只能考察超聲作用是否能對硝基苯酚的去除起到一定的強化作用以及能否和次氯酸鈉結(jié)合

12、使用作為一種新的技術(shù), 在實際中得到應(yīng)用 4-6。3.3.2 超聲作用時間對實驗的影響 100mL模擬廢水,加入次氯酸鈉 5mL ,調(diào)整 pH 值至 6.0, 在超聲波器中,分別反應(yīng) 5min,10min,15min,20min,25min,30min 反應(yīng)后,測各水樣的吸光度, 計算其去除率,結(jié)果見圖 5所示。由圖 5可以看出:超聲波的作用確實使去除率有一定的增加,隨著超聲作用時間的增加, 對硝基苯酚的去除率逐漸增加,在超聲協(xié)同作用 5min 時即達到次氯酸鈉單純作用 30min 所能 達到的效果, 可見超聲波和次氯酸鈉的結(jié)合使用, 使對硝基苯酚在很短的時間內(nèi)就達到了較 好的去除。所以超聲作

13、用的時間選擇 5min 即可滿足要求。3.3.3 超聲作用下氧化劑用量對實驗的影響 5份 100mL 模擬廢水,分別加入1mL,2mL,3mL,4mL,5mlL 次氯酸鈉,調(diào)整 pH 值至 6.0,在超聲波中反應(yīng) 10min ,測定并計算對 硝基苯酚的去除率,結(jié)果見圖 6所示。 9293949596979899100010203040超聲作用時間 /min去 除 率 /%89909192939495960246氧化劑用量/ml去 除 率 /%圖 5超聲作用時間的選擇 圖 6. 超聲作用下氧化劑的用量Fig5.The selection of ultrasonic reaction time F

14、ig6. The oxidizer dosage under ultrasonic enhancement由圖 6可以看出:次氯酸鈉的投加量對于超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化系統(tǒng)處理對硝基苯酚有一定 的影響, 隨著氧化劑量的增加, 去除率也逐漸增加。 由于我們實驗所用的超聲清洗槽式反應(yīng) 器,聲強比較小,協(xié)同作用不是很明顯,但是在超聲協(xié)同次氯酸鈉作用下 10min ,加入次氯 酸鈉 2mL ,即可達到單純次氯酸鈉氧化 30min 時,加入次氯酸鈉 5ml 所能達到的去除率。由 3.3.2和 3.3.3可以看出:超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化法處理對硝基苯酚比單純次氯酸鈉氧 化的效果有一定的提高, 主要體現(xiàn)在兩方面:

15、一是可以在相同的氧化劑用量下, 達到一定的 去除率所用的時間更短; 另一方面是在相同的時間下, 達到一定的去除率所用的氧化劑更少。 但是由于沒做中間產(chǎn)物的檢測,所以還不能確定超聲波和次氯酸鈉協(xié)同作用的反應(yīng)類型。 4. 結(jié)論與建議4.1 結(jié)論(1 在單純次氯酸鈉氧化系統(tǒng)中,通過影響因素的考察可知:增加氧化劑的用量,可以 提高對硝基苯酚的去除率;酸性越強,對硝基苯酚的去除率越高,而在堿性條件下, 對硝基苯酚不能得到有效的去除; 反應(yīng)時間增加, 對硝基苯酚的去除率也隨著增加; 反應(yīng)環(huán)境的溫度對對硝基苯酚的去除影響不大。(2 通過考察各因素得出單純次氯酸鈉作用是的最佳處理參數(shù):對于 20mL 模擬廢水

16、 (20mg/L對硝基苯酚 ,加入 1mL 氧化劑 (0.3%次氯酸鈉 ,在 pH 值 6.0,室溫條件下反 應(yīng) 30min , 對硝基苯酚去除率可以達到 92.67%; 加入超聲強化作用, 去除率可以達到 96.12%, 處理后對硝基苯酚濃度為 0.81mg/L, 可以達到綜合污水排放標準三級標準。 (3 超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化的效果比單純次氯酸鈉氧化的效果要好很多,主要體現(xiàn)在兩 個方面:一方面是相同條件下,達到一定的去除率,處理時間更短;另一方面是在 較短的時間下,達到一定的去除率所用的氧化劑更少(4 超聲協(xié)同次氯酸鈉氧化法可以作為一種新的方法, 可提高對硝基苯酚廢水的去除率, 可以用于該廢

17、水的深度處理。4.2 存在的問題及建議(1 本 實驗對配置的單一污染物進行了間歇操作,沒有涉及多種污染物并存的混合水樣 以及連續(xù)操作,因此,為了使其盡快在工業(yè)上得以應(yīng)用,需對實際水樣進行連續(xù)化處 理,找出適用范圍以及最佳操作條件。(2 由 于本實驗所用的是超聲清洗槽式反應(yīng)器,聲強還較小,應(yīng)該考慮增強超聲作用, 使超聲協(xié)同次氯酸鈉系統(tǒng)效果更加明顯。(3 本 次實驗沒有檢測中間產(chǎn)物,所以不能確定具體的反應(yīng)類型,也無法得出反應(yīng)機理 以及動力學(xué)理論。這也是以后需要研究的問題。參考文獻1 張錦、李圭白、馬軍,含酚廢水的危害及處理方法的應(yīng)用特點,化學(xué)工程師, 20012 楊旭,液膜萃取法處理煉油廠含酚廢水

18、 J,有離子西南石油學(xué)院學(xué)報, 1996, 18(3 :112116 3 楊潤昌,芬頓試劑加硫酸處理高濃度含酚廢水的研究 J,石油化工環(huán)境保護, 1997, (2 :1821 4 蔣建華、許春建、周明,超聲降解水體中有機污染物的研究進展 J,化工進展, 2001,(2:11-145 肖小明、李洪青、鄒華生,超聲波降解有機污染物的研究與發(fā)展,環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2003,12(26 6 劉剛、梅教宗、劉發(fā)強等,超聲波技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用研究 J,化工科技, 2000,8(5:55-59 - 5 - Decomposition of p-nitrophenol in simulate Wastewater by NaClO with ultrasonic enhancement Liu Yan，Sun Lihua，Lu Xiuguo East china jiaotong university civil engineer school，Nanchang（330013） Abstract This paper work over the treatment of the simulate p-nitrophenol wastewater