化学氧化法用于黄姜皂素废水生化处理出水的脱色研究

Vol.29,No.2,2010[收稿日期]2009-07-27[基金项目]湖北省专项资金科研项目[作者简介]郑蓉（1984-），女，硕士研究生，主要从事水污染控制工程方向的研究。E-mail：[e-mail]。[通讯作者]梅明，副教授。E-mail：[e-mail]。黄姜皂素废水主要是皂素生产过程中酸水解、过滤后产生的污水以及中和、洗涤后产生的综合废水，该废水可生化性差、污染物、酸度、色度及浊度高[1]。皂素废水属于高难度难降解工业废水，处理难度较大，目前国内尚未有一家皂素生产企业对其出水进行彻底有效治理，其中除少数对其进行处理外，大多数直接排放，而且采用的处理工艺均为中和—厌氧生物处理（UASB）—好氧生物处理（SBR），大同小异，处理效果并不理想[2]。皂素废水经两级生化处理后其色度一般在300~500之间，远没有达到《皂素工业水污染物排放标准》（GB20425—2006）参考指标80倍的要求。化学氧化法脱色是指用Cl2、ClO2、O3、H2O2、HClO4及次氯酸盐等的氧化性，在一定条件下使废水中的发色基团发生断裂或改变其化学结构，从而达到废水脱色的目的。氧化剂一般采用Fenton试剂（Fe2+-H2O2）、臭氧、氯气、次氯酸钠等。近年来，有关化学氧化法处理废水的研究较多，但用于处理黄姜皂素废水还不多见。基于氧化剂自身的强氧化性能，与传统厌氧生物处理相比，化学氧化法具有反应时间短，COD、浊度及色度去除率高等特点[3]。本文采用双氧水及次氯酸钠氧化法，以黄姜皂素废水生化处理出水为研究对象，研究了双氧水及次氯酸钠氧化技术分别处理黄姜皂素废水的影响因素，确定了最佳反应条件，并对两种氧化剂作出经济性比较，为实践应用提供理论依据。1试验部分1.1材料30%H2O2（AR，成都市科龙化工试剂厂）；NaClO（AR，天津市博迪化工有限公司）；NaOH（AR）；HCl（AR）；黄姜皂素废水（经过生化处理的出水，湖北百科皂素有限公司），试验确定其最大吸收波长为化学氧化法用于黄姜皂素废水生化处理出水的脱色研究郑蓉，梅明（武汉工程大学环境与城市建设学院，湖北武汉430073）摘要研究了化学氧化法处理黄姜皂素废水生化处理出水的脱色效果，考察氧化剂种类、投加量、pH值及接触氧化时间对脱色效果的影响。结果表明：常温时处理后出水色度指标均可达到国家行业标准，且最佳条件下次氯酸钠较双氧水具有更好的脱色效果，次氯酸钠处理成本也相对较低。关键词化学氧化法黄姜皂素废水双氧水次氯酸钠脱色中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1009-0177（2010）02-0042-04DecolorizationofBiochemicalTreatmentEffluentoftheSapogeninWastewaterbyChemicalOxidationZHENGRong袁MEIMing(SchoolofEnvironmentandCivilEngineering袁WuhanInstituteofTechnology袁Wuhan430073袁China)AbstractThedecolorizationeffectofbiochemicaltreatmenteffluentofthesapogeninwastewaterbychemicaloxidation.Theimpactofthetypeofoxidant，theoxidant’sdosage，pHandthecontactoxidationtimeonthedecolorizationeffecthasalsobeeninvestigated.Theexperimentalresultsshowedthatthecolorindexofthetreatedwastewaterallmetthenationalindustrialstandardatnormaltemperature.Andattheoptimumconditions，sodiumhypochloritegavebettercolorremovaleffectthanhydrogenperoxidewithlowerprocessingcost.Keywordschemicaloxidationsapogeninwastewaterhydrogenperoxidesodiumhypochloritedecolorization净水技术2010，29（2）：42-44，48WaterPurificationTechnology42--净水技术WATERPURIFICATIONTECHNOLOGYVol.29,No.2,2010April25th,2010390nm。1.2仪器紫外—可见光分光光度计（UV2802PC，尤尼柯（上海）仪器有限公司），PHS—3C精密pH计（上海精密科学仪器有限公司）1.3研究方法取100mL废水于250mL烧杯中，加入一定量的脱色剂，在室温条件下控制pH值和反应时间。一定条件下反应完成后，于最大吸收波长390nm处测定上清液的吸光度，然后按（1）式计算废水的脱色率：脱色率R=A0-AA0伊100%（1）其中：A0—初始废水的吸光度；A—处理后废水的吸光度。2结果与讨论影响有机物去除的重要因素有氧化剂投加量，废水pH值及氧化时间等。本研究主要针对这三个方面探索了黄姜皂素废水生化处理出水的脱色效果，为求得最佳反应条件，对各氧化剂进行了单因素试验，试验结果如下。2.1H2O2脱色试验结果2.1.1H2O2投加量对脱色效果的影响在常温下，保持废水pH值（约7.5~8），反应30min，研究不同H2O2溶液投加量对废水脱色效果的影响，试验结果如图1。图1废水脱色随H2O2投加量的变化Fig.1Wastewater’sdecolorizationvariationcurvewithdifferentdosageofhydrogenperoxide由图1可以看出，随着双氧水投加量的增加，脱色率呈上升趋势，但投加量超过5%以后脱色率增加不明显，这可能是因为当色素大部分被氧化后，趋于稳定，过量的双氧水对脱色率的提高帮助不大。因此，试验确定双氧水最佳投加量为5%（即100mL的废水中加入5mL的H2O2）。2.1.2pH值对H2O2脱色效果的影响常温下，向废水中投药5%，接触反应30min。采用0.5mol/LNaOH和1颐9HCl调整废水的pH值，研究pH值对H2O2脱色效果的影响，试验结果如图2。图2废水脱色随pH值的变化Fig.2Wastewater’sdecolorizationvariationcurveatdifferentpHvalue由图2可以看出，H2O2对废水的脱色效果受pH值影响较大，中强碱性下脱色效果明显，主要是因为H2O2在碱性条件下有利于HOO-和O22-的生成：H2O2+OH-HOO-+H2OHOO-+OH-O22-+H2O脱色反应：HOO-+R（色素）OH-+R—O[4]试验确定双氧水在pH=11时脱色效果最佳。2.1.3时间对H2O2脱色效果的影响取一定量的皂素废水，用NaOH调节pH至11，投加5%的双氧水，考虑实际应用的情况，本试验测定1h内不同氧化时间下废水的吸光度，以考察接触氧化时间对双氧水脱色效果的影响，试验结果如图3。图3废水脱色随氧化时间的变化Fig.3Wastewater’sdecolorizationvariationcurvewithdifferentoxidationtime由图3可以看出，随着时间的延长，脱色率呈上升趋势，但超过30min后脱色率增加不明显，主要是因为30min内，接触氧化反应基本完成。pH时间辕min投加量辕%605040302010024681012807060504030010203040506010080604020013579111343--Vol.29,No.2,20102.2NaClO脱色试验结果2.2.1NaClO投加量对脱色效果的影响在常温下，保持废水的pH值，反应30min，研究NaClO溶液投加量对废水脱色效果的影响，试验结果如图4。投加量辕%图4废水脱色随NaClO投加量的变化Fig.4Wastewater’sdecolorizationvariationcurvewithdifferentdosageofsodiumhypochlorite由图4可以看出，随着NaClO投加量的增加，脱色率呈上升趋势，但投加量超过3%脱色率下降，这可能是因为色素大部分被氧化后，由于过量NaClO自身的颜色（浅黄色）导致测定的吸光度误差，从而影响脱色率的计算结果。因此，试验确定NaClO最佳投加量为3%。2.2.2时间对NaClO脱色效果的影响在常温下，投加3%的NaClO，保持废水的pH值，研究氧化时间对NaClO脱色效果的影响，结果见图5。时间辕min图5废水脱色随氧化时间的变化Fig.5Wastewater’sdecolorizationvariationcurvewithdifferentoxidationtime由图5可以看出，随着反应时间的增加，废水脱色率变化不大，说明反应时间对NaClO脱色影响不大。试验中发现，投药大约5min时，废水浑浊，产生絮凝状沉淀，取其上清液测定吸光度，其脱色率达80%。说明NaClO氧化脱色反应快，一般在5min左右即可完成脱色的80%。主要是因为次氯酸钠在水解过程中产生的次氯酸具有很强的氧化性，反应如下：NaClO+H2ONa++OH-+HClO[5]反应生成的HClO有极强的活性，能快速分解废水中的污染物质，从而达到脱色的目的。2.2.3pH值对NaClO脱色效果的影响常温下，向废水中投药3%，接触反应5min。采用0.5mol辕LNaOH和1颐9HCl调整废水的pH值，研究pH值对NaClO脱色效果的影响，试验结果如图6。pH图6废水脱色随pH值的变化Fig.6Wastewater’sdecolorizationvariationcurveatdifferentpHvalue由图6可以看出，不同pH值下，废水脱色率变化不大，说明NaClO对废水的脱色效果基本不受pH值的影响。所以NaClO用于黄姜皂素废水生化处理出水的脱色，无需调节pH值。3经济性比较两种氧化剂分别处理黄姜皂素废水生化处理出水，药剂成本对比结果如下表1。表1药剂成本对比Tab.1Contrastofchemicalscost由表1看以看出，处理相同量的废水，NaClO所需药剂成本较低。而且根据上述试验，次氯酸钠处理皂素废水，无需调节pH值，完成脱色时间较短，可节约运行成本。因此，选用NaClO处理黄姜皂素废水生化处理出水，不但药剂成本较（下转第48页）90858075706560024680101009080706050020306010080604020024681012双氧水（30%）次氯酸钠5350505030800300药剂名称投加量辕%出水色度辕倍单耗辕（L·m-3废水）成本辕（元·m-3）郑蓉，梅明.化学氧化法用于黄姜皂素废水生化处理出水的脱色研究44--Vol.29,No.2,2010（上接第44页）少，也可节约运行成本，使得废水脱色总处理成本较低。4结论（1）双氧水处理黄姜皂素废水生化处理出水，常温条件下，调节废水pH=11，氧化剂投加量5%，接触氧化反应1h，废水色度去除率可达到70%。同时，废水中COD去除率达80%。（2）次氯酸钠处理黄姜皂素废水生化处理出水，常温条件下，氧化剂投加量3%，接触氧化反应5min时，废水色度去除率达到80%。同时，废水中COD去除率达95%。（3）两种氧化剂分别用于黄姜皂素废水生化处理出水脱色试验，最佳条件下处理后废水色度约为50倍，达到国家行业标准《皂素工业水污染物排放标准》（GB20425—2006）参考指标80倍的要求。采用次氯酸钠脱色，氧化剂投加量少，无需调节pH值，脱色反应时间短，所以次氯酸钠比双氧水更加经济适