催化氧化法处理氯苯硝化废水的研究与探索

常晓梅

（蚌埠学院 应用化学与环境工程系，安徽 蚌埠 233000）

催化氧化技术是近代工业废水处理快速发展的一项新技术，有光催化氧化法、电催化氧化法、化学催化氧化法等.相比较而言，化学催化氧化法有操作简单、耗资低等优点，且处理效果也较好.如谢少雄等[1]以NaClO为氧化剂，NiO2为催化剂模拟处理印染废水，废水的色度去除率达到99%以上，COD去除率达到50%以上.丁春生等[2]人的以二氧化氯/活性炭催化氧化处理对硝基苯甲酸废水都表明了催化氧化法的处理效果显著.

谢少雄、劳嘉葆等人研究发现：镍氧化物能够提高Na-ClO的氧化速率，增强氧化程度.由于使用NiO2为催化剂处理废水，可能会造成镍进入废水中形成二次污染，同时处理成本相对较高.丁春生等人研究发现：以二氧化氯/活性炭催化氧化处理对硝基苯甲酸废水，由于使用了二氧化氯与氯气相似的刺激性气味，二氧化氯能与许多化学物质发生爆炸性反应.对热、震动、撞击和摩擦相当敏感，极易分解发生爆炸.受热和受光照或遇有机物等能促进氧化作用的物质时，能促进分解并易引起爆炸.气相浓度超过10%则会发生爆炸.与很多物质都能发生剧烈反应.腐蚀性很强.对在工业废水处理中存在较高的风险性.

氯气、次氯酸钠、二氧化氯和臭氧都是工农业生产中比较常见的几种强氧化剂，相比较而言次氯酸钠最为安全有效，处理成本最低，且使用方便.因此，本实验将以NaClO作为氧化剂来处理氯苯硝化废水.而NaClO是一种不稳定的化合物，在废水的处理过程中，若环境温度较高或者在日光照射条件下，NaClO容易发生光解反应，生成NaClO3，降低利用率；同时产生的HCl气体会对环境造成很大危害.为改善这一缺点，国内外学者研究表明，采用催化法可提高Na-ClO的氧化性能.林险峰等[3]发现Fe2+能增强氧化剂的氧化性能.因此，本实验研究将针对NaClO这一氧化剂的使用，采用Fe2+作为催化剂，探究此催化氧化法在氯苯硝化废水处理实验中的应用效果.

1 实验部分

1.1 实验材料：本次实验废水：以某化工企业氯苯硝化的生产废水为实验废水；废水的水质为TOC：153.6mg/L,pH：12—13，红褐色.

1.2 试剂：本次实验所用试剂为实验室购置的H2SO4、Na-ClO和FeSO4，均为化学纯.

1.3 步骤与方法

（1）步骤：废水预处理——pH调节——试剂投加——指标分析测定——数据统计与处理.

（2）方法：对预处理后的废水进行pH调节，然后投加不同配比的NaClO和FeSO4，静置观察.然后取样分析，并进行数据统计.

2 实验结果

2.1 最适pH

因氧化剂NaClO呈酸性，需在酸性条件下反应才能发挥它的氧化性.所以要调节废水的pH值，使其呈酸性，便于氧化剂发挥它的氧化性.用已配制好的H2SO4调节废水pH值.在各废水瓶中同时加入一定浓度的FeSO4和NaClO各20mL，摇匀，静至10-20分钟后观察.通过对pH进行测定得出在pH（2-3），处理效果明显，具体数据见表1.

2.2 最适试剂比

对一定量的废水使用硫酸调节PH至2-3，先进行粗测药剂使用量约为废水体积的0.1倍，然后加入FeSO4：NaClO不同体积比（0：1、1：1、1：2、1：3）进行试验，得到试验结果如下：

根据得出的最适pH值，投加NaClO和FeSO4.处理后样品颜色的深浅随FeSO4和NaClO投加量的多少而变化趋势.静置0.5h后，观察其颜色变化，并测定TOC、pH，处理后废水颜色的深浅随FeSO4和NaClO投加量的多少而变化趋势如下图所示：

图2-1 样品颜色随FeSO4和NaClO量的变化图

2.3 TOC的测定：使用TOC分析仪对处理后的水样测定，结果如图所示

图2-2 TOC变化曲线

由图2-2及表2-4可看出：处理废水的最佳FeSO4和NaClO投加量均为10.0mL,即废水量与试剂量的体积比为10：1.

3 实验结果与分析

3.1 pH对催化氧化的影响

在碱性条件下，由于OH-与NaClO反应，生成的HClO见光易分解，难以控制量，无法运用此方法进行催化氧化处理硝基氯苯废水.

而在测定最适pH的过程中，直接将试剂的定为20mL，此时，有可能存在着配比的量影响pH在实验中的效果.为进一步确定其影响的存在与否，可按不同配比对pH因素的影响效果进行研究.而在图2-1可看出，颜色的变化呈抛物线的形式，所以这种影响效果的可能性比较小.

3.2 试剂配比对废水处理的影响

3.2.1 试剂投放的先后顺序对处理废水的影响性研究

此次试验处理时是以先加催化剂FeSO4的处理结果表示.从试剂的反应机理看，催化剂Fe2+的作用是提高氧化速率、增强氧化性能.而NaClO易受温度的影响，当温度稍高时，NaClO易受热生成为NaClO3而失去氧化能力.因此，试剂投放的先后顺序对实验结果有着一定的影响.

3.2.2 试剂投放量对处理结果的影响

在图2-1中的2、4号曲线都呈现明显的抛物线形式，且形状大体相同.比较它们的投放情况看，曲线2为5.0mLFeSO4,曲线4为20.0mLFeSO4.结果表明，催化剂量的多少对废水的处理有着重要的作用.少了可能无法使NaClO完全发挥作用；而多了可能又会抑制NaClO的发挥.对于曲线3来看，在NaClO的量达到20.0mL之后，其颜色会带着点点的淡黄，这可能是由于NaClO的颜色的缘故，在投入NaClO10.0mL之后，废水里面的有机物已全部发生反应，而继续加入过量的NaClO时，溶液会呈现NaClO的淡黄色.由此可看出，过量的NaClO对废水的处理没有什么太大的影响.

4 结论

在酸性条件下（pH2-3），氯苯硝化废水经NaClO氧化处理0.5h后，废水TOC去除率达到70%以上，处理效果较为明显.硝化废水作为强碱性混合物，直接催化处理的效果不佳，从表中可看出，pH对废水处理的影响效果较大，而在最适pH的条件下，处理后废水正好呈中性，无需再调节pH，此为优点之一.该方法具有反应条件温和，操作简便，处理效果高，设备投资低，相比传统处理工艺，此为优点之二.而在试剂的投放量看，FeSO4和NaClO溶液的投加量为废水的10%左右.

实验处理废水的TOC去除率也都达到了70%以上，可以进入生化系统处理.与谢少雄等人的催化氧化法相比较而言，处理过程中使用FeSO4，与NiO它的制备成本与Cl2相当，而比ClO2等氧化剂的制备成本低，且NaClO的亲水性很好，它能与水任意比互溶，不存在Cl2和ClO2等氧化剂的安全隐患.另一方面，这种处理废水的成本比较低，且便于操作，实用性较强.

参考文献：

〔1〕常晓梅.氯苯硝化生产废水处理技术研究进展[J].安徽农学通报,2010,16(11)：190-192.

〔2〕俞飞,赵克强.铁碳微电解法对硝化废水的处理研究[J].广州环境科学，2004,19（1）：5-7.

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〔4〕赵燕，赵英武，李风亭.一体化污水处理设备的应用与发展[J].环境保护科学,2004,30(125)：16-19.

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〔6〕王文娟,罗晓,王婷,张义峰.光催化氧化技术在化工废水处理中的应用[J].河北化工,2009,32(5)：69-71.

〔7〕谢少雄,黄功浩,何淑.催化氧化处理印染废水的试验研究[J].汕头大学学报,2003,18（2）：40-44.

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