近年來隨著石化行業(yè)的發(fā)展，苯酚廢水的污染問題日漸突出。苯酚具有穩(wěn)定的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，不易降解，因而其廢水較難處理。直接應用生化法處理苯酚廢水難以達到理想的處理效果，一般首先利用強氧化劑將苯酚氧化為易生物降解的物質(zhì)后再進一步進行生化處理。K2FeO4 作為一種新型綠色高效水處理劑，具有很高的氧化電位，表現(xiàn)出極強的氧化能力，對苯酚的去除效果較好。但是單獨使用 K2FeO4 處理苯酚廢水，苯酚降解不徹底，處理后的廢水CODCr 依舊偏高。其主要原因是K2FeO4 的氧化能力受廢水pH 影響較大。酸性條件下 K2FeO4 雖具有很強的氧化能力，但是很不穩(wěn)定，極易分解，與苯酚的反應時間很短;而pH 較高時穩(wěn)定性雖好，反應時間長，但氧化能力較弱，對苯酚的降解不徹底。
本研究采用K2FeO4 和NaClO 聯(lián)用處理模擬苯酚廢水。NaClO 的加入，可使K2FeO4 在酸性條件下的穩(wěn)定性能增強，使其在具有強氧化性的同時可保持較長的氧化苯酚時間，可加深對苯酚的降解程度，顯著提高廢水CODCr 去除率。
1 實驗部分
1.1 實驗儀器和試劑
主要儀器：723 可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司;HH-5 化學耗氧量快速測定儀，江蘇江分電分析儀器有限公司;CJJ79-2 雙向磁力攪拌器，武漢精華科教儀器有限公司;pHSJ-3F 實驗室 pH 計，上海精密科學儀器有限公司。
主要試劑：苯酚、濃硫酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉，均為分析純;高鐵酸鉀(K2FeO4)，質(zhì)量分數(shù)為86%，化學純。
1.2 實驗方法
取50 mg/L 苯酚模擬廢水200 mL 于250 mL 燒杯中，用H2SO4 或NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH，然后置于磁力攪拌器上，加入一定量的K2FeO4( 或K2FeO4 和 NaClO)，攪拌反應一段時間后，靜置20 min，取上清液過濾，測定濾液中苯酚濃度和CODCr，計算去除率。
苯酚濃度采用分光光度法測定;CODCr 采用重鉻酸鉀法回流、化學耗氧量快速測定儀測定。
2 結(jié)果與討論
2.1 K2FeO4投加量對苯酚和CODCr去除率的影響
前期研究表明，對50 mg/L 的苯酚廢水，當pH= 8.9 時，K2FeO4 對苯酚的去除效果比較佳。因此，在苯酚初始質(zhì)量濃度為50 mg/L，pH=8.9，反應時間為30 min 的條件下，考察了K2FeO4 投加量對苯酚和 CODCr 去除率的影響。結(jié)果表明，隨著K2FeO4 投加量的增加，苯酚和CODCr 去除率逐漸升高，當K2FeO4 投加量增加到1 500 mg/L 時，苯酚和CODCr 去除率分別達到93.1%和54.3%;繼續(xù)增加K2FeO4 投加量，苯酚和CODCr 去除率增加緩慢。因此，K2FeO4 投加量為1.5 g/L 較為適宜。
2.2 pH 和反應時間對K2FeO4去除苯酚效果的影響
在苯酚初始質(zhì)量濃度為50 mg/L，K2FeO4 投加量為1.5 g/L 的條件下，考察了pH 和反應時間對 K2FeO4 去除苯酚效果的影響，結(jié)果如圖 1 所示。
由圖 1 可知，隨反應時間的延長，苯酚去除率增大，當反應達到一定時間后，苯酚去除率的變化趨于平穩(wěn);同時由圖 1 還可看出，苯酚的氧化速度和去除率均受體系pH 的影響。pH 越低，氧化達到平穩(wěn)期的時間越短。當pH=3.02 時，僅反應3 min 苯酚去除率即達到比較大值并趨于平穩(wěn);而當pH=9.02 時，反應 20 min 后，苯酚去除率才逐漸趨于穩(wěn)定。苯酚去除率在pH=9.02 時可達到比較高，而當pH<9.02 或pH> 9.02 時苯酚去除率均相對較低。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因是：pH 影響了K2FeO4 的氧化能力和穩(wěn)定性。
K2FeO4 的氧化能力隨著pH 的增加而減弱，這是由于其電極電位隨pH 的增加而減小。與 K2FeO4 氧化性隨pH 增大而減小的趨勢相反，其穩(wěn)定性則隨pH 的增大而增強。在酸性條件下K2FeO4 的穩(wěn)定性能差，極易分解;隨pH 的增加，K2FeO4 的穩(wěn)定性增強，分解速度變緩。K2FeO4 氧化能力強弱及其與苯酚的反應時間長短決定了苯酚是否能被徹底氧化分解。
pH=3.02 時，K2FeO4 氧化性能比較強，但卻比較不穩(wěn)定，K2FeO4 還未來得及與苯酚完全反應就分解了，與苯酚的反應時間短，導致苯酚去除率不高。pH= 9.02 時，K2FeO4 的氧化性不及在pH 較低的情況下高，但穩(wěn)定性較好，相對來說與苯酚的反應時間延長了，其對苯酚的氧化分解作用達到比較大。pH=11.07 時，K2FeO4 的氧化性能比較弱，因此對苯酚的去除效果比較差。
2.3 NaClO 投加量對苯酚和CODCr去除率的影響
上述研究表明，如果能在較低的pH 下提高廢水中K2FeO4 的穩(wěn)定性，從而延長它與苯酚的氧化作用時間，就能有效地提高苯酚的去除率。有關(guān)這方面的研究已有較多報道，本研究采用K2FeO4 與 NaClO 聯(lián)用處理苯酚廢水。在苯酚初始質(zhì)量濃度為 50 mg/L，K2FeO4 投加量為1.5 g/L，pH=5.03，反應時間為30 min 的條件下，考察了NaClO 投加量對苯酚和CODCr 去除率的影響。結(jié)果表明，苯酚和CODCr 去除率隨NaClO 投加量的增加而增大，當NaClO 投加量為300 mg/L 時，苯酚和CODCr 去除率分別高達 98.3%和69.8% ，繼續(xù)增加NaClO 投加量，苯酚和 CODCr 去除率的變化趨于平穩(wěn)。和單獨使用K2FeO4 處理苯酚廢水相比，CODCr 去除率提升明顯。NaClO 投加量為300 mg/L 較為適宜。
2.4 pH 對K2FeO4-NaClO 聯(lián)用去除苯酚效果的影響
在50 mg/L 的苯酚廢水中投加K2FeO4 1.5 g/L 和 NaClO 0.3 g/L，考察不同pH 和反應時間下，K2FeO4- NaClO 聯(lián)用對苯酚的去除效果，結(jié)果如圖 2 所示。
對比圖 1、圖 2 中苯酚去除率曲線的拐點均向右移，即苯酚去除率達到平緩期的時間變長，說明加入NaClO 后，K2FeO4 的分解速度放緩了，穩(wěn)定性有所提高，和苯酚的反應時間變長了。對于K2FeO4- NaClO 體系，pH=5.12 時苯酚去除率比較高，達到了 98.5%，而單一的K2FeO4 體系，在pH=9.02 時苯酚去除率比較高，為93.1% 。這也說明在pH 較低的情況下，K2FeO4-NaClO 體系中K2FeO4 的穩(wěn)定性增強。
2.5 K2FeO4及NaClO- K2FeO4聯(lián)用對苯酚和CODCr的去除效果對比
向50 mg/L 的苯酚廢水中分別投加K2FeO4(廢水pH=8.93)和K2FeO4+NaClO(NaClO 投加量為0.3 g/L，廢水pH=5.07)，在反應時間為30 min 的條件下，考察了K2FeO4、NaClO-K2FeO4 對苯酚和CODCr 的去除效果，結(jié)果如圖 3 所示。
由圖 3 可以看出，K2FeO4- NaClO 聯(lián)用對苯酚和CODCr 的去除率和單獨使用K2FeO4 相比分別提高了約5%和25%，對苯酚去除率的提升不大，但對CODCr 去除率的提升十分明顯。這是因為K2FeO4 氧化苯酚會生成比較終氧化產(chǎn)物CO2、H2O 和一些難氧化的中間產(chǎn)物，導致CODCr 去除率相對較低。投加 NaClO 后，表面看來苯酚去除率提高不大，但苯酚的氧化分解深度卻大大增加，分解更為徹底，所以 CODCr 去除率提高明顯。
2.6 NaClO-K2FeO4聯(lián)用降解苯酚的動力學研究
在苯酚初始質(zhì)量濃度C0 為50 mg/L，廢水pH= 5，K2FeO4 投加量為1.5 g/L，NaClO 投加量為0.3 g/L 的條件下，進行了NaClO- K2FeO4 聯(lián)用降解苯酚的動力學實驗，結(jié)果如圖 4 所示。
由圖 4 可知，ln Ct 與反應時間t 呈線性關(guān)系(Ct 為反應時間為t 時苯酚的剩余質(zhì)量濃度)，斜率為 -0.147 87，基本與一級反應動力學方程ln (Ct /C0 )= - kt 的特征相符。由此可見，K2FeO4- NaClO 聯(lián)用氧化降解苯酚的過程可以用一級反應動力學方程描述，反應的速率常數(shù)為0.147 87 min-1。 具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
(1)K2FeO4 聯(lián)合NaClO 處理苯酚廢水的效果明顯優(yōu)于單獨使用K2FeO4，CODCr 去除率顯著提高，有利于后續(xù)的生化處理。
(2)NaClO 的主要作用是提高了K2FeO4 在酸性廢水中的穩(wěn)定性，從而增加了K2FeO4 與苯酚的氧化反應時間。
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