过硫酸盐高级氧化法处理苯酚废水试验研究

    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.