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，董應尚

（山東省菏澤生態環境監測中心，菏澤274000）

堿性紫5BN含有穩定的多環芳香族化合物，屬于三芳甲烷類物質，是一種難氧化降解有機物，這種廢水成分復雜，用傳統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廢水中的三芳甲烷類物質對保護生態環境具有重要意義。次氯酸鈉氧化工藝因其運行操作簡單、成本較低、原材料易得且處理效果好而備受關注。衛世乾等[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96%以上。田靜等[5]采用次氯酸鈉處理鉛鋅礦尾礦庫外排廢水，處理后COD能達到40～60mg/L。余華東等[6]利用次氯酸鈉處理電鍍工業園區污水處理廠的生化出水，結果表明最佳條件下，出水氨氮的質量濃度小于8 mg/L，可達標排放。本試驗運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。

1 材料與方法

1.1 儀器與藥品

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

分析純K2CrO7；（NH4)Fe(SO4)2·6H2O；Ag2SO4；質量分數為10%的NaClO；優級純HgSO4。工業級堿性紫5BN，濟寧市正大化工有限公司生產。

1.2 試驗方法

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間，于最大吸收波長582nm處測定堿性紫5BN溶液的吸光度，轉換成濃度，計算其脫色率。測定處理前后堿性紫5BN溶液的COD值，計算COD去除率。計算公示見式（1）。

其中，w1為處理前堿性紫5BN的質量分數或COD值（mg/L）；w2為處理后堿性紫5BN的質量分數或COD值（mg/L）。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗確定最佳工藝參數

2.1.1 堿性紫5BN初始質量濃度對其脫色率和COD去除率的影響

在次氯酸鈉投加體積為1.0mL、攪拌時間2h的試驗條件下，改變堿性紫5BN的初始質量濃度。研究堿性紫5BN初始質量濃度對其脫色率和COD去除率的影響。試驗結果見圖1。

圖1 初始濃度對堿性紫5BN去除效果的影響

由圖1可以看出：堿性紫5BN初始質量濃度越高，其脫色率和COD去除率越低，且當堿性紫5BN初始質量濃度超過160 mg/L后，其脫色率和COD去除率迅速下降。這說明堿性紫5BN質量濃度較低有利于被次氯酸鈉氧化降解，同時也表明單位時間內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中，堿性紫5BN初始質量濃度均取100 mg/L。

2.1.2 攪拌時間對堿性紫5BN脫色率的影響

選取堿性紫5BN初始質量濃度為100mg/L、次氯酸鈉投加體積為1.0mL，改變攪拌時間，研究不同攪拌時間對堿性紫5BN脫色率的影響。試驗結果見圖2。

圖2 攪拌時間對堿性紫5BN去除效果的影響

由圖2可以看出：隨著反應時間的逐漸延長，堿性紫5BN的脫色率上升趨勢明顯。當攪拌時間為2h時，堿性紫5BN的脫色率已達84.71%。但超過2h以后，脫色率的增加趨勢則明顯放緩。因此，在以后的單因素試驗中，攪拌時間取為2h。

2.1.3 次氯酸鈉投加體積對堿性紫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堿性紫5BN脫色率及COD去除率的影響。試驗結果見圖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去除率均呈現上升趨勢。尤其是COD去除率的上升趨勢更為顯著，當次氯酸鈉投加體積為0.2mL時，COD去除率僅為45.36%，而在次氯酸鈉投加體積為1.0mL時，COD去除率已達70.15%，脫色率也高達85.05%。當次氯酸鈉投加體積繼續增加時，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投加體積對堿性紫5BN去除效果的影響

2.2 正交試驗確定影響因素主次關系

以堿性紫5BN初始質量濃度（mg/L）、次氯酸鈉投加體積（mL）、攪拌時間（t）為因素，按照L9(34)四因子三水平正交試驗表進行試驗設計。各因素水平的選取見表1。

表1 堿性紫5BN正交試驗各因素水平的選取

每次試驗均取50mL堿性紫5BN溶液，按照表1中所列各組實驗條件進行反應，準確控制攪拌時間，于最大吸收波長582nm處測定堿性紫5BN溶液的吸光度，轉換成濃度，計算其脫色率。正交試驗表見表2。

表2 堿性紫5BN的正交試驗表

根據正交試驗表中的極差結果可以看出，次氯酸鈉投加體積對堿性紫5BN脫色率的影響最大，其次是攪拌時間，再次是堿性紫5BN的初始質量濃度。

3 結論

運用單因素影響試驗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為：堿性紫5BN濃度為100mg/L時，在次氯酸鈉投加體積為1.0mL，攪拌時間為2h的試驗條件下，堿性紫5BN的脫色率可達85.05%，COD去除率可達70.15%。運用正交試驗確定了次氯酸鈉投加體積對堿性紫5BN脫色率的影響最大，其次是攪拌時間，再次是堿性紫5BN的初始質量濃度。次氯酸鈉處理堿性紫5BN的反應呈現一級反應動力學特征，動力學方程為LnC=-0.0137t+4.60517，R2=0.7029。其中反應速率常數為0.0137min-1，t1/2=50.59min。