超聲波/紫外法處理甲基橙廢水的實驗研究

唐抒圓　裴雪　李欣　龍海蛟　孫磊

【摘 要】以甲基橙廢水為研究對象，考查超聲波/紫外法對甲基橙廢水的處理效果，及其影響因素與最佳處理條件。結果表明：甲基橙廢水的最適反應時間為100min，最佳pH為3-7；US/UV法對10mg/L的甲基橙的COD去除效率為78.4%，脫色率為89.2%；US/UV法適用于低濃度的甲基橙廢水處理，對于濃度高于10mg/L的甲基橙廢水，處理效果欠佳。

【關鍵詞】超聲波；紫外；甲基橙

Study on the Degradation of Methyl Orange Wastewater by Ultrasound/UV-light

TANG Shu-yuan PEI Xue LI Xin LONG Hai-jiao SUN Lei

（Forestry College of Beihua University，Jilin Jilin 132000，China）

【Abstract】Taking methyl orange wastewater as the research object，study on the effect，factor and best conditions about the degradation of methyl orange wastewater by ultrasound/UV-light.The results show that：the best reaction time is 100min，pH is 3-7；initial concentration of methyl orange is 10 mg/L，the removal efficiency of COD is 78.4%，the decolorization rate of the solution is 89.2%；US/UV is suitable for low concentration methyl orange wastewater，less effective when the initial concentration of methyl orange is more than 10 mg/L.

【Key words】Ultrasonic；Ultraviolet light；Methyl orange

據調查我國染料廢水的年排放量高達1.6億立方米，偶氮染料的使用量占染料總數的80%以上[1]。偶氮染料廢水成分復雜，CODcr濃度、色度、含鹽量和酸堿度高，用常規方法處理偶氮染料廢水難以達到排放標準。

利用超聲技術處理難降解的有機污染物是新興的水處理技術，超聲技術集高級氧化、超臨界氧化等特點于一體， 是一種清潔高效，無二次污染的方法[2]。為了進一步提高超聲技術降解污染物的效率，在研究中常將超聲波（US）與紫外光（UV）連用，協同處理難降解有機物。

本文選用甲基橙廢水模擬偶氮染料廢水，考查US/UV法對甲基橙廢水的處理效果，及其影響因素與最佳處理條件。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

SB25-12D型超聲波清洗器（頻率40kHz、電功率500W）；UV1201-紫外/可見分光光譜儀；pHS-3C型酸度計；WFH-204A型交直流紫外燈。本文所涉及實驗試劑甲基橙、濃硫酸、氫氧化鈉等均為分析純。

1.2 實驗步驟

1）US法單獨處理甲基橙廢水，采用單因子法，研究反應時間、反應溫度、pH對處理效果的影響。

2）US/UV法協同處理甲基橙廢水的處理效果，在上述實驗所得出的最佳反應條件下，考查US/UV法對不同初始濃度廢水的處理效果。

1.3 測定方法

2 結果與討論

2.1 US法單獨處理甲基橙廢水

2.1.1 反應時間對處理效果的影響

通過查閱文獻[3-5]，選用10mg/L的甲基橙廢水為研究對象。

當反應時間為100min時，COD去除率為63%，脫色率為70%，之后的100min內，去除效果提升緩慢。分析是由于反應后期，甲基橙濃度逐步降低，與超聲系統中的自由基碰撞幾率下降，在無外界條件刺激的情況下，去除效果基本維持不變。

2.1.2 反應溫度對處理效果的影響

在20℃、30℃、50℃的條件下，分別處理10mg/L的甲基橙廢水，反應100min后，測定其COD去除率與脫色率，結果見圖1。反應的溫度對甲基橙廢水的處理效果基本無影響，因此反應過程在常溫下進行即可。

2.1.3 pH對處理效果的影響

利用硫酸、氫氧化鈉控制反應液pH[6]，處理10mg/L的甲基橙廢水，反應時間為100min，考查pH對處理效果的影響，結果如圖2所示。

可以看出，pH在3-7范圍內，COD去除率可達到80%以上，當pH>7時，COD去除率僅為50%左右；pH在2-8范圍內，脫色率可達到80%以上。經測定，10mg/L的甲基橙廢水的初始pH為3.14，隨著反應進行，pH無明顯變化，因此處理過程中無需額外添加藥劑調節pH。2.1.4 小結

對于10mg/L的低濃度甲基橙廢水，最適反應時間為100min；反應溫度對反應過程無明顯影響；pH在3-7范圍內時，COD去除率與脫色率最佳。

2.2 US/UV法協同處理甲基橙廢水

利用頻率40kHz、電功率500W的超聲波與254nm的紫外光協同處理10mg/L的甲基橙廢水，實驗結果如圖3所示。

可見，COD去除率與脫色率都高于US法單獨處理甲基橙廢水，在反應時間為100min時，US/UV法的COD去除效率為78.4%，脫色率為89.2%；US法的COD去除率為63.5%，脫色率為70.1%。分析認為，紫外光激發了更多的自由基產生，加快了反應速率，增強反應效率，因此紫外光的加入有助于超聲波體系對甲基橙廢水的處理。

為了探究US/UV法處理甲基橙廢水的穩定性，本文對比了US法與US/UV法對不同濃度甲基橙廢水的處理效果，結果見圖4。

可以看出在初始濃度為10mg/L、30mg/L、50mg/L時，US/UV法的COD去除率與脫色率均高于US法，再次證明了引入紫外光對超聲波系統處理效果的提升作用。此外，隨著初始濃度的提高，COD去除率與脫色率均明顯下降，分析是由于隨著溶液質量分數的提高，空化率逐漸變小[7]，導致處理效果下降。

3 結論

1）超聲波法處理甲基橙廢水的最適反應時間為100min；溫度對處理效果影響不大；pH在3-7范圍內時，處理效果最佳，甲基橙廢水的初始濃度為3.14，因此一般不需要調節反應pH條件。

2）US/UV法協同處理甲基橙廢水的處理效果優于US法，COD去除率與脫色率均顯著提高。

3）US/UV法適用于低濃度的甲基橙廢水處理，對于濃度高于10mg/L的甲基橙廢水，處理效果欠佳。

【參考文獻】

[1]劉悅，張金毅，姜旭峰，等.超聲技術在水處理中的研究進展和專利分析[J].廣州化工，2011，39（21）：26-30.

[2]高甲友.超聲技術降解水溶液中甲基紫水處理技術[J].水處理技術，2003，29（6）：352-354.

[3]邢鐵玲，Chu K H，陳國強.超聲降解甲基橙的研究[J].中國給水排水，2006，22（13）：102-104.

[4]梁山景，程建萍，陳長琦.功率超聲處理甲基橙廢水的實驗研究[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2010，33（10）：1563-1566.

[5]胡文容，錢夢騄，高廷耀.超聲強化臭氧偶氮染料的脫色效能[J].中國給水排水，1999，15（11）：1-4.

[6]司秀杰.模擬偶氮染料廢水甲基橙溶液的處理研究[D].重慶：重慶大學，2005.

[7]Rehorek A，Tauber M，Gubitz G.Application of power ultrasound for azo dye degradation[J].Ultrasonics Sonochemistry，2004，11（34）：177 -182.

[責任編輯：李書培]