超声协同次氯酸钠氧化法处理模拟对硝基苯酚废水的试验研究百度.docx
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超声协同次氯酸钠氧化法处理模拟对硝基苯酚废水的试验研究XX
超声协同次氯酸钠氧化法处理模拟对硝基苯酚废水的试验研究
刘艳,孙丽华,鲁秀国
华东交通大学土木建筑学院,南昌（330013
E-mail:
摘要:
本文研究了单纯次氯酸钠氧化和超声协同次氯酸钠氧化对模拟对硝基苯酚废水的处理效果,单纯次氯酸钠的氧化实验表明,对于20mL模拟废水（20mg/L对硝基苯酚,1mL氧化剂（0.3%次氯酸钠,pH值6.0,室温条件下反应30min,对硝基苯酚去除率可以达到92.67%;超声协同作用,去除率可以达到96.12%,处理后对硝基苯酚浓度为0.81mg/L,可以达到综合污水排放标准三级标准。
关键词:
超声协同;次氯酸钠氧化;对硝基苯酚
1.前言
含酚废水是一种来源广、水量大、危害十分严重的工业废水之一。
酚类化合物是一种原型质毒物,对一切生物个体都有毒害作用。
它可以通过皮肤及黏膜的接触的吸入或经口腔浸入生物体内,与细胞原浆中的蛋白质接触后形成不溶性蛋白质而使细胞失去活性,尤其对神经系统有较大的亲和力,使神经系统发生病变。
另外,高浓度的酚还可以引发神经系统病变[1-3]。
对硝基苯酚属于有毒有机物,本文利用超声协同次氯酸钠氧化法对模拟对硝基苯酚废水进行了处理,提出了最佳实验参数,并从理论上进行了初步分析。
2.实验部分
2.1仪器与试剂
2.1.1仪器753BI型微机型紫外可见分光光度计、KQ5200B型超声波清洗器、HHS21-8型电热恒温水
浴锅、85-1型恒温磁力搅拌器以及常规玻璃仪器等。
2.1.2试剂
对硝基苯酚、次氯酸钠、盐酸、氢氧化钠（均为分析纯
2.2实验步骤
2.2.1模拟废水的配制利用对硝基苯酚配制模拟废水,浓度为20mg/L。
2.2.3实验步骤
（一次氯酸钠单独氧化实验
一定量的模拟废水,然后加入一定量的次氯酸钠溶液（质量浓度0.3%,以下相同,调节pH值,反应一定时间后,测定吸光度,计算其去除率,此实验需要考察氧化剂的用量、pH值、反应时间以及反应温度对实验结果的影响。
（二超声协同次氯酸钠作用实验
进行完单纯次氯酸钠氧化法对模拟废水的处理实验后,再考察超声协同次氯酸钠的处理效果,首先,其它条件均采用最佳参数,调整超声波处理时间,反应一定时间
-1-
-2-后,测其吸光度,计算去除率;然后确定超声作用时间,氧化剂的用量。
比较两组实验对于对硝基苯酚的处理效果,比较超声协同的优点和缺点,能否有
效的去除对硝基苯酚。
2.3废水处理效果表征分析
本文中废水处理效果以测定对硝基苯酚的吸光度然后间接计算其去除率来表征其处理效果。
2.3.1去除率的计算本文以吸光度来计算对硝基苯酚的去除率。
对硝基苯酚的去除率=（1-A/A0*100%
A——处理后模拟废水的吸光度A0——处理前模拟废水的吸光度
3.结果与讨论
3.1模拟废水的指标
模拟废水用分析纯对硝基苯酚配制,处理前模拟废水中对硝基苯酚的质量浓度为20mg/L,测得最大吸收波长为320nm,吸光度为1.105,pH值为7。
3.2单纯次氯酸钠氧化实验的各种影响因素
3.2.1氧化剂用量的选择5份20mL模拟废水,调整各水样的pH值至6.0,分别加入0.4mL、0.6mL、0.8mL、1.0mL、1.2mL氧化剂（0.3%的次氯酸钠,以下相同,反应30min后,测定各水样的吸光度,并计算去除率。
其结果见图1所示。
40
50
6070
80
90100
00.511.5
氧化剂用量/ml去除率/
%020
40
6080
100
120
051015
pH值去除率/%
图1氧化剂用量的选择图2.反应溶液pH值的选择
Fig1.TheselectionofoxidizerdosageFig2.TheselectionofthepHinsolution
由图1可以明显看出,随着氧化剂用量的增加,对硝基苯酚的去除率也逐渐增加,这说明次氯酸钠的强氧化作用随着量的增大而逐渐增强,将大分子的有机物氧化分解。
但是当氧化剂的量达到1mL以后,对硝基苯酚的去除率增加得较为缓慢,原因可能是有少量的中间产物较难被氧化,即使增加氧化剂的用量,效果也不明显。
-3-
综合分析,对于20mL的模拟废水,氧化剂的用量为1mL比较合适。
3.2.2反应溶液PH值的选择5份20mL模拟废水,各加入1mL次氯酸钠溶液,调整各水样的PH值至2.0、4.0、6.0、8.0、10.0,反应30min,然后测各水样的吸光度,计算去除率。
结果见图2所示。
由图2可以看出:
反应溶液的酸性越强,对硝基苯酚的去除率越高,碱性条件下,效果不佳。
原因是在碱性条件下,次氯酸钠主要以ClO−形式存在,ClO−
的氧化能力较弱,而且废水中的对硝基苯酚的结构发生了变化,不利于被氧化。
而在酸性条件下,次氯酸钠主要以HOCl形式存在,HOCl与ClO−的标准电极电势差为1.209V,所以HOCl的氧化能力较强,而且废水中的对硝基苯酚的结构没有发生变化,有利于被氧化。
虽然酸性越强,对硝基苯酚的去除率越大,但是如果出水呈酸性,对于环境也是一种污染,对环境同样造成危害,所以酸水不能直接排放。
综合分析,为了不使处理后的水呈酸性,同时又达到比较好的处理效果,反应溶液的pH值为6.0即可满足要求。
3.2.3反应时间的选择100mL模拟废水,加入0.3%次氯酸钠5mL,调整pH值至6.0每隔一定时间,测一次水样的吸光度,计算去除率。
结果见图3所示。
由图3可以看出:
随着反应时间的增长,对硝基苯酚的去除率逐渐增加,尤其在20~25min时,去除率增长得特别快,但是在30min以后,去除率增长不太明显,半个小时内,去除率只增长了1.08%.这是因为废水中有机物被氧化的过程中,生成了系列中间产物,有少许中间产物在本实验条件下非常难于被氧化,即使增加反应时间,该部分有机物也不可能被氧化.因此,本实验的反应时间为30min即可满足要求。
3.2.4反应温度的选择改变反应温度对处理结果的影响见图4所示。
由图4可以看出:
随着温度的升高,对硝基苯酚的去除率增加的极为缓慢,基本上处于持平的状态。
而且随着温度的升高,对硝基苯酚有一定的挥发,所以去除率虽然有一定的增加,但是不一定是温度的升高使次氯酸钠的氧化性增强,有可能是挥发了一小部分。
对硝基苯酚属于有毒有机物,挥发出的气体对人体健康有一定的伤害,尤其是对于呼吸系统。
鉴于温度对去除率的影响不大,而且挥发出的气体有毒,所以,实验的温度定为室温即可满足要求。
80
82
84
86
88
90
92
94
96
02040
6080反应时间/min去除率/
%80859095
100
020406080
温度去除率/%
图3反应时间的选择图4.反应温度的选择
Fig3.TheselectionofreactiontimeFig4.Theselectionofenvironmentaltemperature
-4-3.3超声协同次氯酸钠氧化实验的影响因素
3.3.1超声协同次氯酸钠氧化法的降解机理超声协同次氯酸钠氧化作用的机理尚不十分清楚,但是一般体现在两方面:
一是使次氯酸钠能够分解产生HClO,使其氧化性增强:
另一方面是次氯酸钠气泡粉碎成“微气泡”,增加与水的接触面积,并且增加水的混合程度和紊乱程度,减少阻力。
具体的反应类型要检测中间产物才能确定,由于仪器设备等问题,没有做到这部分,所以还不能确定具体的反应类型,只能考察超声作用是否能对硝基苯酚的去除起
到一定的强化作用以及能否和次氯酸钠结合使用作为一种新的技术,在实际中得到应用[4-6]。
3.3.2超声作用时间对实验的影响100mL模拟废水,加入次氯酸钠5mL,调整pH值至6.0,在超声波器中,分别反应5min,10min,15min,20min,25min,30min反应后,测各水样的吸光度,计算其去除率,结果见图5所示。
由图5可以看出:
超声波的作用确实使去除率有一定的增加,随着超声作用时间的增加,对硝基苯酚的去除率逐渐增加,在超声协同作用5min时即达到次氯酸钠单纯作用30min所能达到的效果,可见超声波和次氯酸钠的结合使用,使对硝基苯酚在很短的时间内就达到了较好的去除。
所以超声作用的时间选择5min即可满足要求。
3.3.3超声作用下氧化剂用量对实验的影响5份100mL模拟废水,分别加入
1mL,2mL,3mL,4mL,5mlL次氯酸钠,调整pH值至6.0,在超声波中反应10min,测定并计算对硝基苯酚的去除率,结果见图6
所示。
92
9394959697
98
99
100
010203040超声作用时间/min去除率/
%89909192939495960246氧化剂用量/ml
去除率/%
图5超声作用时间的选择图6.超声作用下氧化剂的用量
Fig5.TheselectionofultrasonicreactiontimeFig6.Theoxidizerdosageunderultrasonicenhancement
由图6可以看出:
次氯酸钠的投加量对于超声协同次氯酸钠氧化系统处理对硝基苯酚有一定的影响,随着氧化剂量的增加,去除率也逐渐增加。
由于我们实验所用的超声清洗槽式反应器,声强比较小,协同作用不是很明显,但是在超声协同次氯酸钠作用下10min,加入次氯酸钠2mL,即可达到单纯次氯酸钠氧化30min时,加入次氯酸钠5ml所能达到的去除率。
由3.3.2和3.3.3可以看出:
超声协同次氯酸钠氧化法处理对硝基苯酚比单纯次氯酸钠氧化的效果有一定的提高,主要体现在两方面:
一是可以在相同的氧化剂用量下,达到一定的去除率所用的时间更短;另一方面是在相同的时间下,达到一定的去除率所用的氧化剂更少。
但是由于没做中间产物的检测,所以还不能确定超声波和次氯酸钠协同作用的反应类型。
4.结论与建议
4.1结论
（1在单纯次氯酸钠氧化系统中,通过影响因素的考察可知:
增加氧化剂的用量,可以提高对硝基苯酚的去除率;酸性越强,对硝基苯酚的去除率越高,而在碱性条件下,对硝基苯酚不能得到有效的去除;反应时间增加,对硝基苯酚的去除率也随着增加;反应环境的温度对对硝基苯酚的去除影响不大。
（2通过考察各因素得出单纯次氯酸钠作用是的最佳处理参数:
对于20mL模拟废水（20mg/L对硝基苯酚,加入1mL氧化剂（0.3%次氯酸钠,在pH值6.0,室温条件下反应30min,对硝基苯酚去除率可以达到92.67%;加入超声强化作用,去除率可以达到96.12%,处理后对硝基苯酚浓度为0.81mg/L,可以达到综合污水排放标准三级标准。
（3超声协同次氯酸钠氧化的效果比单纯次氯酸钠氧化的效果要好很多,主要体现在两个方面:
一方面是相同条件下,达到一定的去除率,处理时间更短;另一方面是在较短的时间下,达到一定的去除率所用的氧化剂更少
（4超声协同次氯酸钠氧化法可以作为一种新的方法,可提高对硝基苯酚废水的去除率,可以用于该废水的深度处理。
4.2存在的问题及建议
（1本实验对配置的单一污染物进行了间歇操作,没有涉及多种污染物并存的混合水样以及连续操作,因此,为了使其尽快在工业上得以应用,需对实际水样进行连续化处理,找出适用范围以及最佳操作条件。
（2由于本实验所用的是超声清洗槽式反应器,声强还较小,应该考虑增强超声作用,使超声协同次氯酸钠系统效果更加明显。
（3本次实验没有检测中间产物,所以不能确定具体的反应类型,也无法得出反应机理以及动力学理论。
这也是以后需要研究的问题。
参考文献
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Decompositionofp-nitrophenolinsimulateWastewaterbyNaClOwithultrasonicenhancementLiuYan，SunLihua，LuXiuguoEastchinajiaotonguniversitycivilengineerschool，Nanchang（330013）AbstractThispaperworkoverthetreatmentofthesimulatep-nitrophenolwastewaterthroughoxidationbyNaClOandNaClOwithultrasonicenhancement.TheoxidationbyNaClOexperimentresultsshowthat,usingthismethodusedintheexperiment,92.67%p-nitrophenolcanberemovedatpH6.0,1mLoxidizer（0.3%NaClO,30minutereactiontimeatroomtemperaturein20mlsimulatewastewater;theremoveratecanreachedto96.12%byNaClOwithultrasonicenhancement.Aftertreatmenttheconcentrationofp-nitrophenolis0.81mg/L,canmeetGradeIIIofcompositesewageeffluentstandardKeywords：
ultrasonicenhancement；oxidationbyNaClO；p-nitrophenol作者简介：
刘艳（1985-），女，江西吉安人，华东交大07级硕士生，主要从事水处理高级氧化技术的研究。
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