鹽含量對(duì)模擬直接黃R染料廢水色度的影響試驗(yàn)

余燦，易紹金

(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

直接黃R是市場(chǎng)規(guī)模較大的染料化工產(chǎn)品，分子式為C16H10N2Na2O7S2，相對(duì)分子質(zhì)量為452.37。直接黃R染料廢水具有COD高(20000mg/L左右)、色度高(3.0×105倍左右)、鹽含量高(12%～16%)、難生物降解等特點(diǎn)。直接黃R染料廢水傳統(tǒng)處理方法主要是通過(guò)物理和化學(xué)方法，即混凝、Fenton氧化、混凝的工藝來(lái)降低色度[1]。但通過(guò)該方法處理直接黃R染料廢水成本太高。通過(guò)查閱資料和實(shí)際工藝流程分析[2～8]，發(fā)現(xiàn)實(shí)際直接黃R染料廢水中含有氯化鈉，氯離子是負(fù)價(jià)態(tài)的陰離子，具有一定的還原性，根據(jù)Fenton反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理[9]，還原性的物質(zhì)可被Fenton反應(yīng)體系中產(chǎn)生的羥基自由基氧化，額外消耗氧化劑的用量，進(jìn)而增加成本。為探究鹽含量對(duì)直接黃R染料廢水色度的影響，筆者以模擬直接黃R染料廢水為研究對(duì)象，對(duì)模擬直接黃R染料廢水的色度進(jìn)行研究，主要是采取Fenton氧化法降低模擬直接黃R染料廢水的色度，重點(diǎn)探究氯化鈉含量對(duì)色度的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料

硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)(分析純)、30%雙氧水(分析純)、ZT-02型混凝劑(工業(yè)品)、濃硫酸(98%，分析純)、氯化鈉(分析純)、直接黃R固體染料(工業(yè)級(jí))。

1.2 Fe2+溶液的制備

將濃硫酸(98%)稀釋制備成1mol/L H2SO4溶液，取27.8g硫酸亞鐵(分析純)加入濃度為1mol/L的H2SO4溶液中制備100ml的1mol/L FeSO4溶液，作為試驗(yàn)用。

1.3 模擬廢水的配制

試驗(yàn)用水為模擬直接黃R染料廢水。取10.0g工業(yè)級(jí)直接黃R染料溶于燒杯中，再轉(zhuǎn)移至1000ml容量瓶中，配制成10.0g/L的模擬直接黃R染料廢水。初始模擬廢水水樣色度為2.8×105倍，pH值為7.0，基本符合實(shí)際廢水的色度和pH值。

1.4 試驗(yàn)方法及條件確定

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[1,10]和初試準(zhǔn)備階段研究結(jié)果，試驗(yàn)方法確定為絮凝-Fenton氧化-絮凝，反應(yīng)條件為初始pH值為4，H2O2和FeSO4投加比例為2∶1，混凝劑投加量為2%。

1.5 色度的測(cè)定

水質(zhì)色度的測(cè)定采用GB11903—89《水質(zhì)色度的測(cè)定》規(guī)定的稀釋倍數(shù)法。

1.6 沉淀量的測(cè)定

將反應(yīng)完成的溶液攪拌搖勻后倒入50ml量筒中，經(jīng)過(guò)24h沉淀，觀察記錄沉淀量。沉淀占比=沉淀量/50。

1.7 沉淀時(shí)間的測(cè)定

將反應(yīng)完成的溶液攪拌搖勻后倒入50ml量筒中，每隔30min記錄一次沉淀量，直至1h內(nèi)沉淀量無(wú)變化，記錄總時(shí)間。

2 試驗(yàn)條件的確定

試驗(yàn)方法為絮凝-Fenton氧化-絮凝，在第1次絮凝后，模擬直接黃R染料廢水的色度已經(jīng)下降至10000倍以下，獲得了較好的效果，下述試驗(yàn)研究均在第1次絮凝之后的條件下進(jìn)行。

2.1 Fenton試劑投加量

投加Fenton試劑后，F(xiàn)enton體系產(chǎn)生大量的羥基自由基[11]，氧化了廢水中有機(jī)物的發(fā)色基團(tuán)，使色度下降，隨著Fenton試劑的投加量增多，過(guò)量的羥基自由基會(huì)氧化溶液中的Fe2+，導(dǎo)致體系色度增加。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，綜合考慮藥劑成本等因素，確定雙氧水的投加量為100ml/L。

2.2 加藥后反應(yīng)時(shí)間

控制單一變量反應(yīng)時(shí)間，從10min增加到120min，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，色度逐漸下降，反應(yīng)時(shí)間超過(guò)30min，色度隨時(shí)間的增加而逐漸下降，但變化幅度較小。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，綜合試驗(yàn)時(shí)間和進(jìn)程等因素，確定反應(yīng)時(shí)間為30min。

圖1 雙氧水投加量對(duì)色度的影響 圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)色度的影響

通過(guò)上述試驗(yàn)可知，在Fenton氧化去除色度的反應(yīng)中，pH值為4，反應(yīng)時(shí)間為30min，試劑配比為2∶1，即30%雙氧水的投加量為100ml/L，1mol/L FeSO4的投加量為50ml/L為最優(yōu)條件。

3 鹽含量對(duì)色度的影響與結(jié)果分析

3.1 鹽含量對(duì)色度的影響

試驗(yàn)初始pH值為4，反應(yīng)時(shí)間為30min，試劑配比為2∶1，即30%雙氧水的投加量為100ml/L，1mol/L FeSO4的投加量為50ml/L，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。鹽含量為0時(shí)，反應(yīng)過(guò)后的色度最小，為700倍；隨著鹽含量的逐漸增加，色度也逐漸增加；鹽含量大于1%后，鹽含量增加，色度變化幅度不大。該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是模擬廢水中引入了氯化鈉，而氯離子具有一定的還原性，會(huì)消耗氧化劑的用量，使氧化劑未與模擬廢水中的發(fā)色基團(tuán)反應(yīng)，導(dǎo)致色度增加。

在進(jìn)行鹽含量對(duì)色度的影響試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，隨著鹽含量的增加，模擬直接黃R染料廢水的沉淀量和沉淀時(shí)間都發(fā)生了改變。而沉淀量的增加會(huì)增加后續(xù)的處理成本，沉淀時(shí)間的增加會(huì)降低沉淀的去除效率。因此，需要對(duì)鹽含量與沉淀量和沉淀時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行研究。

3.2 鹽含量對(duì)沉淀量的影響

試驗(yàn)初始pH值為4，反應(yīng)時(shí)間為30min，試劑配比為2∶1，即30%雙氧水的投加量為100ml/L，1mol/L FeSO4的投加量為50ml/L。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，當(dāng)模擬直接黃R染料廢水中不含有鹽時(shí)，沉淀量很少，為6ml；當(dāng)鹽含量從0增加到1.25%時(shí)，沉淀量迅速增加；當(dāng)鹽含量超過(guò)1.25%后，隨著鹽含量的增加，沉淀量在22ml左右，基本保持不變，這與鹽含量對(duì)色度的影響趨勢(shì)基本相一致。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能是加入了鹽之后，由于鹽析作用使模擬直接黃R染料廢水中的大分子有機(jī)物析出而導(dǎo)致了沉淀量的增加。

圖3 鹽含量對(duì)色度的影響 圖4 鹽含量對(duì)沉淀量的影響

圖5 鹽含量對(duì)沉淀時(shí)間的影響

3.3 鹽含量對(duì)沉淀時(shí)間的影響

試驗(yàn)初始pH值為4，反應(yīng)時(shí)間為30min，試劑配比為2∶1，即30%雙氧水的投加量為100ml/L，1mol/L FeSO4的投加量為50ml/L，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。當(dāng)模擬直接黃R染料廢水中不含有鹽時(shí)，反應(yīng)生成的沉淀在1h之內(nèi)迅速沉降，隨著時(shí)間的增加，沉淀占比沒(méi)有改變，表示已經(jīng)沉淀完全；當(dāng)模擬直接黃R染料廢水中分別含有1%、2%、10%、20%鹽時(shí)，沉降性能很差，前4h都僅沉淀了22%左右，而從開(kāi)始沉淀到500min之后，還未沉淀完全。當(dāng)不含鹽的模擬直接黃R染料廢水已經(jīng)沉淀完全后，含鹽的4個(gè)模擬直接黃R染料廢水仍然未開(kāi)始沉淀。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能是由于模擬直接黃R染料廢水中鹽的存在，導(dǎo)致直接黃R染料廢水的密度增加，使沉淀更難沉降下來(lái)。

4 結(jié)論

1)對(duì)模擬直接黃R染料廢水進(jìn)行處理時(shí)，鹽含量的增加會(huì)使Fenton試劑對(duì)色度的去除效果下降，導(dǎo)致色度增加，在1%時(shí)影響最大。鹽含量大于1%時(shí)，隨著鹽含量的增加，色度的變化不大。

2)對(duì)模擬直接黃R染料廢水進(jìn)行處理時(shí)，鹽含量的增加會(huì)增加沉淀量，在1.25%時(shí)達(dá)到最大。鹽含量大于1.25%時(shí)，隨著鹽含量的增加，沉淀量幾乎不再增加。沉淀量的增加會(huì)增加后續(xù)的處理成本，使成本變高。

3)對(duì)模擬直接黃R染料廢水進(jìn)行處理時(shí)，鹽含量會(huì)影響沉淀時(shí)間。模擬直接黃R染料廢水中不含有鹽時(shí)沉淀速度較快；當(dāng)模擬廢水中含有鹽時(shí)沉淀速度明顯減緩。沉淀時(shí)間的增加會(huì)影響整個(gè)沉淀的效率，導(dǎo)致沉淀效率下降，時(shí)間變長(zhǎng)。