次氯酸钠处理碱性紫5BN模拟废水的研究

肖方，徐雄，肖培平，陶美娟，张翠菊，董应尚

（山东省菏泽生态环境监测中心，菏泽274000）

碱性紫5BN含有稳定的多环芳香族化合物，属于三芳甲烷类物质，是一种难氧化降解有机物，这种废水成分复杂，用传统的生化法和物理法处理效果差[1～3]。因此研究如何去除工业废水中的三芳甲烷类物质对保护生态环境具有重要意义。次氯酸钠氧化工艺因其运行操作简单、成本较低、原材料易得且处理效果好而备受关注。卫世乾等[4]研究了在不同pH值、温度等条件下次氯酸钠处理K2Cu(CN)3水样的方法，可使[Cu（CN)3]2-去除率达96%以上。田静等[5]采用次氯酸钠处理铅锌矿尾矿库外排废水，处理后COD能达到40～60mg/L。余华东等[6]利用次氯酸钠处理电镀工业园区污水处理厂的生化出水，结果表明最佳条件下，出水氨氮的质量浓度小于8 mg/L，可达标排放。本试验运用次氯酸钠氧化法降解碱性紫5BN模拟废水，确定了最佳工艺参数。

1 材料与方法

1.1 仪器与药品

HC-C电子计数天平，浙江省华驰仪器有限公司生产；BCD-210SVDL电子冷柜，青岛海尔股份有限公司生产；UV1900紫外分光光度计，上海让奇科技有限公司生产；102电热恒温鼓风干燥箱，上海菁工仪器有限公司生产；JB-1恒温磁力搅拌器，上海雷磁创益仪器仪表有限公司生产；XHC-401COD恒温加热器，济南盛泰电子科技有限公司生产。

分析纯K2CrO7；（NH4)Fe(SO4)2·6H2O；Ag2SO4；质量分数为10%的NaClO；优级纯HgSO4。工业级碱性紫5BN，济宁市正大化工有限公司生产。

1.2 试验方法

于烧杯中加入100mL一定浓度的碱性紫5BN模拟溶液，投加一定体积的次氯酸钠溶液，放置在磁力搅拌器上搅拌一定时间，于最大吸收波长582nm处测定碱性紫5BN溶液的吸光度，转换成浓度，计算其脱色率。测定处理前后碱性紫5BN溶液的COD值，计算COD去除率。计算公示见式（1）。

其中，w1为处理前碱性紫5BN的质量分数或COD值（mg/L）；w2为处理后碱性紫5BN的质量分数或COD值（mg/L）。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验确定最佳工艺参数

2.1.1 碱性紫5BN初始质量浓度对其脱色率和COD去除率的影响

在次氯酸钠投加体积为1.0mL、搅拌时间2h的试验条件下，改变碱性紫5BN的初始质量浓度。研究碱性紫5BN初始质量浓度对其脱色率和COD去除率的影响。试验结果见图1。

图1 初始浓度对碱性紫5BN去除效果的影响

由图1可以看出：碱性紫5BN初始质量浓度越高，其脱色率和COD去除率越低，且当碱性紫5BN初始质量浓度超过160 mg/L后，其脱色率和COD去除率迅速下降。这说明碱性紫5BN质量浓度较低有利于被次氯酸钠氧化降解，同时也表明单位时间内次氯酸钠氧化高浓度碱性紫5BN分子的能力是有限的。在以后的单因素试验中，碱性紫5BN初始质量浓度均取100 mg/L。

2.1.2 搅拌时间对碱性紫5BN脱色率的影响

选取碱性紫5BN初始质量浓度为100mg/L、次氯酸钠投加体积为1.0mL，改变搅拌时间，研究不同搅拌时间对碱性紫5BN脱色率的影响。试验结果见图2。

图2 搅拌时间对碱性紫5BN去除效果的影响

由图2可以看出：随着反应时间的逐渐延长，碱性紫5BN的脱色率上升趋势明显。当搅拌时间为2h时，碱性紫5BN的脱色率已达84.71%。但超过2h以后，脱色率的增加趋势则明显放缓。因此，在以后的单因素试验中，搅拌时间取为2h。

2.1.3 次氯酸钠投加体积对碱性紫5BN脱色率及COD去除率的影响

选取碱性紫5BN浓度100mg/L、搅拌时间为2h，改变次氯酸钠的投加体积。研究不同次氯酸钠投加体积对碱性紫5BN脱色率及COD去除率的影响。试验结果见图3。

由图3可以看出：增加次氯酸钠的投加体积，碱性紫5BN脱色率及COD去除率均呈现上升趋势。尤其是COD去除率的上升趋势更为显著，当次氯酸钠投加体积为0.2mL时，COD去除率仅为45.36%，而在次氯酸钠投加体积为1.0mL时，COD去除率已达70.15%，脱色率也高达85.05%。当次氯酸钠投加体积继续增加时，碱性紫5BN的脱色率及COD去除率的上升均趋于平缓。综合考虑去除效果和处理成本，次氯酸钠投加体积取1.0mL。

图5 NaClO投加体积对碱性紫5BN去除效果的影响

2.2 正交试验确定影响因素主次关系

以碱性紫5BN初始质量浓度（mg/L）、次氯酸钠投加体积（mL）、搅拌时间（t）为因素，按照L9(34)四因子三水平正交试验表进行试验设计。各因素水平的选取见表1。

表1 碱性紫5BN正交试验各因素水平的选取

每次试验均取50mL碱性紫5BN溶液，按照表1中所列各组实验条件进行反应，准确控制搅拌时间，于最大吸收波长582nm处测定碱性紫5BN溶液的吸光度，转换成浓度，计算其脱色率。正交试验表见表2。

表2 碱性紫5BN的正交试验表

根据正交试验表中的极差结果可以看出，次氯酸钠投加体积对碱性紫5BN脱色率的影响最大，其次是搅拌时间，再次是碱性紫5BN的初始质量浓度。

3 结论

运用单因素影响试验确定了次氯酸钠氧化降解碱性紫5BN模拟废水的最佳工艺参数为：碱性紫5BN浓度为100mg/L时，在次氯酸钠投加体积为1.0mL，搅拌时间为2h的试验条件下，碱性紫5BN的脱色率可达85.05%，COD去除率可达70.15%。运用正交试验确定了次氯酸钠投加体积对碱性紫5BN脱色率的影响最大，其次是搅拌时间，再次是碱性紫5BN的初始质量浓度。次氯酸钠处理碱性紫5BN的反应呈现一级反应动力学特征，动力学方程为LnC=-0.0137t+4.60517，R2=0.7029。其中反应速率常数为0.0137min-1，t1/2=50.59min。