次氯酸钠处理甲基橙废水的试验研究

2020-08-27肖方高江林郑广宏李新国董应尚

生物化工 2020年4期

肖方，高江林，郑广宏，李新国，董应尚

（1.山东省菏泽生态环境监测中心，山东菏泽 274000；2.山东省菏泽第一中学，山东菏泽 274000；3.同济大学环境科学与工程学院，上海 200092）

甲基橙是一种偶氮类染料，属于难氧化降解有机物。含有甲基橙的废水可生化性差、成分复杂，目前去除方法一般有厌氧-好氧组合工艺[1]、电化学法[2]、芬顿试剂氧化法[3]等。刘巧茹等[4]采用双介质阻挡放电等离子体废水处理系统对模拟的甲基橙染料废水进行了实验研究，得出在加入三价铁离子作催化剂的条件下，脱色效果更好，脱色率可达79%左右。近年来，次氯酸钠氧化工艺因其去除率高、操作简单等优点而成为环保工作者研究的热点。岳楠等[5]以次氯酸钠为氧化剂，对质量浓度为200 mg/L的氨氮模拟废水进行处理，取得了良好的去除效果。石娟等[6]用次氯酸钠处理废水中的尿素，研究结果表明，采用空气吹脱能有效提高尿素去除效果。本试验采用次氯酸钠氧化降解甲基橙模拟废水，为实现工业化应用提供实验理论依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与药品

TU-1900紫外分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司；XHC-401COD恒温加热器，济南盛泰电子科技有限公司；JB-1恒温磁力搅拌器，上海雷磁创益仪器仪表有限公司；CPA2245电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；BCD-185F电子冷柜，江苏白雪仪器有限公司；102电热恒温鼓风干燥箱，上海菁工仪器有限公司。

质量分数为10%的NaClO、K2CrO7、（NH4)Fe(SO4)2·6H2O、Ag2SO4、HgSO4均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；甲基橙为工业级，上海信裕生物科技有限公司，其分子结构如图1所示。

图1 甲基橙分子结构图

1.2 试验方法

在烧杯中加入100 mL一定浓度的甲基橙模拟废水，投加一定量的次氯酸钠溶液，在磁力搅拌器上搅拌一定时间，于最大吸收波长464 nm处测定甲基橙溶液的吸光度，并换算成浓度，计算其脱色率；同时测定甲基橙溶液的COD值，计算COD去除率。去除率计算公示见式1。

式中，C1为处理前甲基橙的COD值或质量浓度，mg/L；C2为处理后甲基橙的COD值或质量浓度，mg/L。

在不同搅拌时间（0.5～5.5 h）、次氯酸钠用量（2～12 mL/L）和甲基橙初始浓度（40～120 mg/L）条件下进行单因素试验，考察次氯酸钠去除甲基橙的最佳条件。

2 结果与讨论

2.1 搅拌时间对甲基橙脱色率的影响

在甲基橙浓度为40 mg/L、次氯酸钠用量为10 mL/L的实验条件下，考察搅拌时间对甲基橙脱色率的影响，实验结果见图1。由图1可以看出，随着搅拌时间的延长，甲基橙的脱色率逐渐增大。当搅拌时间为3.5 h时，甲基橙的脱色率达到93%；而3.5 h以后，脱色率的增加趋势则较为缓慢。因此，综合考虑时间和能耗成本，搅拌时间取3.5 h为宜。

2.2 次氯酸钠用量对甲基橙脱色率和COD去除率的影响

在甲基橙浓度为40 mg/L、搅拌时间为3.5 h的实验条件下，考察次氯酸钠用量对甲基橙脱色率和COD去除率的影响，实验结果见图2。

由图2可以看出，随着次氯酸钠用量的增加，甲基橙的脱色率和COD去除率均呈现上升趋势。由甲基橙的分子结构可以看出，甲基橙具有典型的偶氮类染料结构N=N双键，而且在N=N双键两边连有苯环，由于N=N双键与苯环上的大π键之间的共扼关系，使得甲基橙结构比较稳定。由于N=N双键是偶氮类染料的主要发色基团，因此破坏N=N双键就成为了降解甲基橙的关键。次氯酸钠能有效破坏这种发色基团。当次氯酸钠用量为10 mL/L时，甲基橙的脱色率为95%，COD去除率为53%。综合考虑去除效果和处理成本，在其他单因素试验中，次氯酸钠用量均取10 mL/L。