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过硫酸盐高级氧化法处理苯酚废水试验研究

2020-12-15任志强

卷宗 2020年25期
关键词:苯酚废水处理

任志强

摘 要:本文以模拟苯酚废水为处理对象,对过硫酸盐高级氧化法处理苯酚废水进行试验研究。综合实验条件的苛刻性以及经济性等因素考虑,选择pH为3.0、反应时间4h、过硫酸盐的浓度为50mM为最佳实验条件。

关键词:过硫酸盐;苯酚;高级氧化;废水处理

DOI:10.12249/j.issn.1005-4669.2020.25.328

1 实验部分

1.1 实验试剂

苯酚(AR),过硫酸钠(Na2S2O8,≥98%),铁氰化钾(K3Fe(CN)6),氯化铵(AR,99.5%),甲醇(AR,99.5%),三氯甲烷(99.8%),成都科龙化工试剂厂;4-氨基安替比林(98%),上海科丰实业有限公司,氨水(AR,25-28%),成都市科隆化学品有限公司。实验用水为去离子水。

1.2 实验仪器

水浴恒温振荡器SHA-C,常州市恒文仪器制造有限公司;可见分光光度计V-1800型,上海美谱达仪器有限公司;集热式恒温加热磁力搅拌器DF-101S,巩义市予华仪器有限公司;循环水式真空泵SHZ-DⅢ,巩义市予华仪器有限公司;超声波清洗机JP-020S,深圳市洁盟清洗设备有限公司;电子分析天平ALC-210.4,北京赛多利斯仪器有限公司。

1.3 分析方法

1.3.1 苯酚标准曲线的绘制

准备8只50mL的具塞比色管,分别加入苯酚溶液(10mg/L)12.50、10.00、7.00、5.00、3.00、1.00、0.50、0.50mL,再加入30mL超纯水预稀释,然后加入氯化铵溶液0.5mL,调节pH为10.0,再加入4-氨基安替比林溶液1.0mL,摇匀后加入铁氰化钾溶液1.0mL,然后加超纯水稀释至刻度线,充分混合后,静置反应10min,以超纯水为参比液,用可见分光光度计测定波长为510nm处的吸光度值。

试样中挥发酚的浓度计算公式:

式中:a---标准曲线的截距值;

b---空白实验的吸光度值;

As---试样的吸光度值;

Aa---标准曲线的截距值;

ρ---试样中挥发酚的质量浓度,mg/L;

V---试样的体积(ml)

1.3.2 实验分析方法

在250mL的锥形瓶中,加入一定质量的过硫酸钠,再加入100mL已调节pH的模拟苯酚废水,盖上玻璃塞,在集热式恒温加热磁力搅拌器上反应一定时间,取出后用循环水真空泵进行抽滤。取1.0mL滤液进行稀释,按照4-氨基安替比林分光光度法测定苯酚含量。

2 结果与讨论

2.1 反应体系pH对苯酚降解率的影响

在6个250mL的锥形瓶中加入过硫酸钠(110mM)和还原铁粉(1g/L),将100mL预先调节好pH为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0、11.0的模拟苯酚废水分别加入到6个锥形瓶中,用玻璃塞盖严,在温度为25℃、转速为130r/min的条件下于水浴恒温振荡器上反应3h。将反应后的液体进行抽滤,并准确量取滤液1.0mL,用4-氨基安替比林直接分光光度法测定苯酚含量。

根据实验现象观察可知,苯酚的去除率随pH的增大呈先降低后升高的趋势。在酸性或碱性越大的环境中,苯酚的去除率越高,而在中性环境下,苯酚的去除率最低,这说明不论在碱性还是酸性环境中,都有利于过硫酸盐处理苯酚废水。当pH为7.0时,苯酚的去除率为17.51%,pH为1.0时,苯酚的去除率为32.32%,pH为11.0时,苯酚的去除率为28.28%,中性环境下苯酚的降解率比在酸性条件下降低了14.81%,比在碱性环境中降低了10.77%。整体来说,过硫酸盐对苯酚的降解效果受pH的影响很大。在考虑到实验在极端环境中苛刻性和pH为1.0和3.0条件下苯酚去除率相当的情况,选择pH=3.0为实验最佳pH条件。

2.2 反应时间对苯酚降解率的影响

在250mL的锥形瓶中加入过硫酸钠(110mM)和还原铁粉

(1g/L),再加入pH为3.0的模拟苯酚废水100mL,用玻璃塞盖严,在温度为25℃、转速为130r/min的条件下于水浴恒温振荡器上反应6h。每隔1h取一次样于试管中,并加入1mL甲醇终止反应。将样品进行抽滤后量取滤液1mL,用4-氨基安替比林直接分光光度法测定苯酚

含量。

通过实验观察可知,在反应初期,苯酚去除率增加速率较快,后期减慢。随着反应时间的增加,苯酚去除率整体呈现上升趋势,但当反应时间增加到5h后再增加时,苯酚去除率不再增加。在反应1h后,苯酚去除率23.23%,反应两小时后,苯酚去除率27.27%,直至反應至5h,苯酚的去除率达到最大,为37.71%,再继续反应,过硫酸钠将会进入氧化作用非常缓慢的阶段。反应4h和5h的苯酚去除率分别为37.04%和37.71%,考虑过硫酸盐对苯酚降解速率增加的缓慢性以及经济因素,时间过长会大大增加实验的运行成本,因此本实验将4h确定为最佳反应时间。

2.3 过硫酸钠浓度对苯酚降解率的影响

在250mL的锥形瓶中加入pH为3.0的模拟苯酚废水100mL,分别加入过硫酸钠30、50、70、90、110、130mM和还原铁粉(1g/L),稍微振荡后用玻璃塞盖严,在温度为25℃、转速为130r/min的条件下于水浴恒温振荡器上反应4h。将反应后的样品进行抽滤,量取滤液1.0mL,用4-氨基安替比林直接分光光度法测定苯酚含量。

根据实验现象观察结果可知,随着过硫酸钠浓度增加,苯酚的去除率先增大后减小。当过硫酸钠的浓度为50mM时,苯酚的去除率达到了51.85%,继续增加过硫酸钠的投加量,过硫酸钠浓度逐渐接近饱和,参与氧化的离子不再增加,导致苯酚去除率呈下降趋势。当过硫酸钠的浓度增加到130mM时,苯酚去除率仅为29.63%,过量的过硫酸钠会产生过量的SO4-·,多余的SO4-·会与S2O82-发生反应,而且SO4-·之间还会相互干扰,从而减少溶液中的活性组分,导致苯酚降解率不再升高。因此从经济性和降解效果两方面来考虑,选择过硫酸钠的浓度为50mM为最佳反应浓度。

4 结论

针对过硫酸钠氧化降解苯酚模拟废水,探究了不同反应条件的影响,考察了不同温度、反应时间、过硫酸钠浓度下的苯酚降解效果,主要结果如下:

通过对实验反应条件pH的探究,可以得到在酸性和碱性条件下,过硫酸钠对苯酚的降解效果均高于中性条件。在过硫酸钠浓度为110mM、Fe0浓度为1g/L的条件下反应3h,当pH为1.0时,苯酚的去除率为32.32%,pH为3.0时,苯酚去除率为31.99%,pH为11.0时,苯酚去除率为28.28%,活化效果最好的是pH为1.0,与pH为3.0时的苯酚去除率相当,综合考虑后,以pH为3.0为最佳pH。

通过对反应时间的探究,随着反应时间的增加,过硫酸钠对苯酚的降解率先逐渐升高后趋于平缓。反应时间为4h和5h时,苯酚去除率为37.04%和37.71%,苯酚去除率基本不变。因此,本实验的最佳反应时间为4h。

通过对过硫酸钠浓度的探究,可以发现少量的过硫酸钠不能高效降解苯酚,过量的过硫酸钠会使得苯酚的降解效率降低。在少量零价铁活化的条件下,当过硫酸钠浓度为50mM时,对苯酚的降解效果最好,降解率为51.85%。

参考文献

[1]张威,张文卿.国内外含酚废水处理技术的研究与进展[J].环境保护与循环经济,2011,28(2):29-31.

[2]张帆,刘媛,贺盛福,等.处理含酚废水的研究进展[J].现代化工,2015,35(1):67-72.

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