催化氧化法處理氯苯硝化廢水的研究與探索

常曉梅

（蚌埠學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)與環(huán)境工程系，安徽 蚌埠 233000）

催化氧化技術(shù)是近代工業(yè)廢水處理快速發(fā)展的一項新技術(shù)，有光催化氧化法、電催化氧化法、化學(xué)催化氧化法等.相比較而言，化學(xué)催化氧化法有操作簡單、耗資低等優(yōu)點，且處理效果也較好.如謝少雄等[1]以NaClO為氧化劑，NiO2為催化劑模擬處理印染廢水，廢水的色度去除率達(dá)到99%以上，COD去除率達(dá)到50%以上.丁春生等[2]人的以二氧化氯/活性炭催化氧化處理對硝基苯甲酸廢水都表明了催化氧化法的處理效果顯著.

謝少雄、勞嘉葆等人研究發(fā)現(xiàn)：鎳氧化物能夠提高Na-ClO的氧化速率，增強氧化程度.由于使用NiO2為催化劑處理廢水，可能會造成鎳進(jìn)入廢水中形成二次污染，同時處理成本相對較高.丁春生等人研究發(fā)現(xiàn)：以二氧化氯/活性炭催化氧化處理對硝基苯甲酸廢水，由于使用了二氧化氯與氯氣相似的刺激性氣味，二氧化氯能與許多化學(xué)物質(zhì)發(fā)生爆炸性反應(yīng).對熱、震動、撞擊和摩擦相當(dāng)敏感，極易分解發(fā)生爆炸.受熱和受光照或遇有機物等能促進(jìn)氧化作用的物質(zhì)時，能促進(jìn)分解并易引起爆炸.氣相濃度超過10%則會發(fā)生爆炸.與很多物質(zhì)都能發(fā)生劇烈反應(yīng).腐蝕性很強.對在工業(yè)廢水處理中存在較高的風(fēng)險性.

氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯和臭氧都是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中比較常見的幾種強氧化劑，相比較而言次氯酸鈉最為安全有效，處理成本最低，且使用方便.因此，本實驗將以NaClO作為氧化劑來處理氯苯硝化廢水.而NaClO是一種不穩(wěn)定的化合物，在廢水的處理過程中，若環(huán)境溫度較高或者在日光照射條件下，NaClO容易發(fā)生光解反應(yīng)，生成NaClO3，降低利用率；同時產(chǎn)生的HCl氣體會對環(huán)境造成很大危害.為改善這一缺點，國內(nèi)外學(xué)者研究表明，采用催化法可提高Na-ClO的氧化性能.林險峰等[3]發(fā)現(xiàn)Fe2+能增強氧化劑的氧化性能.因此，本實驗研究將針對NaClO這一氧化劑的使用，采用Fe2+作為催化劑，探究此催化氧化法在氯苯硝化廢水處理實驗中的應(yīng)用效果.

1 實驗部分

1.1 實驗材料：本次實驗廢水：以某化工企業(yè)氯苯硝化的生產(chǎn)廢水為實驗廢水；廢水的水質(zhì)為TOC：153.6mg/L,pH：12—13，紅褐色.

1.2 試劑：本次實驗所用試劑為實驗室購置的H2SO4、Na-ClO和FeSO4，均為化學(xué)純.

1.3 步驟與方法

（1）步驟：廢水預(yù)處理——pH調(diào)節(jié)——試劑投加——指標(biāo)分析測定——數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理.

（2）方法：對預(yù)處理后的廢水進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，然后投加不同配比的NaClO和FeSO4，靜置觀察.然后取樣分析，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計.

2 實驗結(jié)果

2.1 最適pH

因氧化劑NaClO呈酸性，需在酸性條件下反應(yīng)才能發(fā)揮它的氧化性.所以要調(diào)節(jié)廢水的pH值，使其呈酸性，便于氧化劑發(fā)揮它的氧化性.用已配制好的H2SO4調(diào)節(jié)廢水pH值.在各廢水瓶中同時加入一定濃度的FeSO4和NaClO各20mL，搖勻，靜至10-20分鐘后觀察.通過對pH進(jìn)行測定得出在pH（2-3），處理效果明顯，具體數(shù)據(jù)見表1.

2.2 最適試劑比

對一定量的廢水使用硫酸調(diào)節(jié)PH至2-3，先進(jìn)行粗測藥劑使用量約為廢水體積的0.1倍，然后加入FeSO4：NaClO不同體積比（0：1、1：1、1：2、1：3）進(jìn)行試驗，得到試驗結(jié)果如下：

根據(jù)得出的最適pH值，投加NaClO和FeSO4.處理后樣品顏色的深淺隨FeSO4和NaClO投加量的多少而變化趨勢.靜置0.5h后，觀察其顏色變化，并測定TOC、pH，處理后廢水顏色的深淺隨FeSO4和NaClO投加量的多少而變化趨勢如下圖所示：

圖2-1 樣品顏色隨FeSO4和NaClO量的變化圖

2.3 TOC的測定：使用TOC分析儀對處理后的水樣測定，結(jié)果如圖所示

圖2-2 TOC變化曲線

由圖2-2及表2-4可看出：處理廢水的最佳FeSO4和NaClO投加量均為10.0mL,即廢水量與試劑量的體積比為10：1.

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 pH對催化氧化的影響

在堿性條件下，由于OH-與NaClO反應(yīng)，生成的HClO見光易分解，難以控制量，無法運用此方法進(jìn)行催化氧化處理硝基氯苯廢水.

而在測定最適pH的過程中，直接將試劑的定為20mL，此時，有可能存在著配比的量影響pH在實驗中的效果.為進(jìn)一步確定其影響的存在與否，可按不同配比對pH因素的影響效果進(jìn)行研究.而在圖2-1可看出，顏色的變化呈拋物線的形式，所以這種影響效果的可能性比較小.

3.2 試劑配比對廢水處理的影響

3.2.1 試劑投放的先后順序?qū)μ幚韽U水的影響性研究

此次試驗處理時是以先加催化劑FeSO4的處理結(jié)果表示.從試劑的反應(yīng)機理看，催化劑Fe2+的作用是提高氧化速率、增強氧化性能.而NaClO易受溫度的影響，當(dāng)溫度稍高時，NaClO易受熱生成為NaClO3而失去氧化能力.因此，試劑投放的先后順序?qū)嶒灲Y(jié)果有著一定的影響.

3.2.2 試劑投放量對處理結(jié)果的影響

在圖2-1中的2、4號曲線都呈現(xiàn)明顯的拋物線形式，且形狀大體相同.比較它們的投放情況看，曲線2為5.0mLFeSO4,曲線4為20.0mLFeSO4.結(jié)果表明，催化劑量的多少對廢水的處理有著重要的作用.少了可能無法使NaClO完全發(fā)揮作用；而多了可能又會抑制NaClO的發(fā)揮.對于曲線3來看，在NaClO的量達(dá)到20.0mL之后，其顏色會帶著點點的淡黃，這可能是由于NaClO的顏色的緣故，在投入NaClO10.0mL之后，廢水里面的有機物已全部發(fā)生反應(yīng)，而繼續(xù)加入過量的NaClO時，溶液會呈現(xiàn)NaClO的淡黃色.由此可看出，過量的NaClO對廢水的處理沒有什么太大的影響.

4 結(jié)論

在酸性條件下（pH2-3），氯苯硝化廢水經(jīng)NaClO氧化處理0.5h后，廢水TOC去除率達(dá)到70%以上，處理效果較為明顯.硝化廢水作為強堿性混合物，直接催化處理的效果不佳，從表中可看出，pH對廢水處理的影響效果較大，而在最適pH的條件下，處理后廢水正好呈中性，無需再調(diào)節(jié)pH，此為優(yōu)點之一.該方法具有反應(yīng)條件溫和，操作簡便，處理效果高，設(shè)備投資低，相比傳統(tǒng)處理工藝，此為優(yōu)點之二.而在試劑的投放量看，F(xiàn)eSO4和NaClO溶液的投加量為廢水的10%左右.

實驗處理廢水的TOC去除率也都達(dá)到了70%以上，可以進(jìn)入生化系統(tǒng)處理.與謝少雄等人的催化氧化法相比較而言，處理過程中使用FeSO4，與NiO它的制備成本與Cl2相當(dāng)，而比ClO2等氧化劑的制備成本低，且NaClO的親水性很好，它能與水任意比互溶，不存在Cl2和ClO2等氧化劑的安全隱患.另一方面，這種處理廢水的成本比較低，且便于操作，實用性較強.

參考文獻(xiàn)：

〔1〕常曉梅.氯苯硝化生產(chǎn)廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)學(xué)通報,2010,16(11)：190-192.

〔2〕俞飛,趙克強.鐵碳微電解法對硝化廢水的處理研究[J].廣州環(huán)境科學(xué)，2004,19（1）：5-7.

〔3〕趙蘇,李連君,楊合.超臨界水氧化技術(shù)及在廢水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2005,56（1）：24-25.

〔4〕趙燕，趙英武，李風(fēng)亭.一體化污水處理設(shè)備的應(yīng)用與發(fā)展[J].環(huán)境保護科學(xué),2004,30(125)：16-19.

〔5〕曹姝文.生物-化學(xué)一體化裝置處理生物污水的研究[J].工業(yè)水處理,2003,23(6)：23-16.

〔6〕王文娟,羅曉,王婷,張義峰.光催化氧化技術(shù)在化工廢水處理中的應(yīng)用[J].河北化工,2009,32(5)：69-71.

〔7〕謝少雄,黃功浩,何淑.催化氧化處理印染廢水的試驗研究[J].汕頭大學(xué)學(xué)報,2003,18（2）：40-44.

〔8〕丁春生,秦樹林,繆佳,寧平.二氧化氯/活性炭催化氧化處理對硝基苯甲酸廢水影響因素[J].環(huán)境科學(xué),2008,29(5)：1266-1270.

〔9〕王世琴,劉寶生,陳小平,楊武.印染廢水催化氧化處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].廣西紡織科技,2009,38(2)：25-29.