超声波/紫外法处理甲基橙废水的实验研究

唐抒圆　裴雪　李欣　龙海蛟　孙磊

【摘 要】以甲基橙废水为研究对象，考查超声波/紫外法对甲基橙废水的处理效果，及其影响因素与最佳处理条件。结果表明：甲基橙废水的最适反应时间为100min，最佳pH为3-7；US/UV法对10mg/L的甲基橙的COD去除效率为78.4%，脱色率为89.2%；US/UV法适用于低浓度的甲基橙废水处理，对于浓度高于10mg/L的甲基橙废水，处理效果欠佳。

【关键词】超声波；紫外；甲基橙

Study on the Degradation of Methyl Orange Wastewater by Ultrasound/UV-light

TANG Shu-yuan PEI Xue LI Xin LONG Hai-jiao SUN Lei

（Forestry College of Beihua University，Jilin Jilin 132000，China）

【Abstract】Taking methyl orange wastewater as the research object，study on the effect，factor and best conditions about the degradation of methyl orange wastewater by ultrasound/UV-light.The results show that：the best reaction time is 100min，pH is 3-7；initial concentration of methyl orange is 10 mg/L，the removal efficiency of COD is 78.4%，the decolorization rate of the solution is 89.2%；US/UV is suitable for low concentration methyl orange wastewater，less effective when the initial concentration of methyl orange is more than 10 mg/L.

【Key words】Ultrasonic；Ultraviolet light；Methyl orange

据调查我国染料废水的年排放量高达1.6亿立方米，偶氮染料的使用量占染料总数的80%以上[1]。偶氮染料废水成分复杂，CODcr浓度、色度、含盐量和酸碱度高，用常规方法处理偶氮染料废水难以达到排放标准。

利用超声技术处理难降解的有机污染物是新兴的水处理技术，超声技术集高级氧化、超临界氧化等特点于一体， 是一种清洁高效，无二次污染的方法[2]。为了进一步提高超声技术降解污染物的效率，在研究中常将超声波（US）与紫外光（UV）连用，协同处理难降解有机物。

本文选用甲基橙废水模拟偶氮染料废水，考查US/UV法对甲基橙废水的处理效果，及其影响因素与最佳处理条件。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

SB25-12D型超声波清洗器（频率40kHz、电功率500W）；UV1201-紫外/可见分光光谱仪；pHS-3C型酸度计；WFH-204A型交直流紫外灯。本文所涉及实验试剂甲基橙、浓硫酸、氢氧化钠等均为分析纯。

1.2 实验步骤

1）US法单独处理甲基橙废水，采用单因子法，研究反应时间、反应温度、pH对处理效果的影响。

2）US/UV法协同处理甲基橙废水的处理效果，在上述实验所得出的最佳反应条件下，考查US/UV法对不同初始浓度废水的处理效果。

1.3 测定方法

2 结果与讨论

2.1 US法单独处理甲基橙废水

2.1.1 反应时间对处理效果的影响

通过查阅文献[3-5]，选用10mg/L的甲基橙废水为研究对象。

当反应时间为100min时，COD去除率为63%，脱色率为70%，之后的100min内，去除效果提升缓慢。分析是由于反应后期，甲基橙浓度逐步降低，与超声系统中的自由基碰撞几率下降，在无外界条件刺激的情况下，去除效果基本维持不变。

2.1.2 反应温度对处理效果的影响

在20℃、30℃、50℃的条件下，分别处理10mg/L的甲基橙废水，反应100min后，测定其COD去除率与脱色率，结果见图1。反应的温度对甲基橙废水的处理效果基本无影响，因此反应过程在常温下进行即可。

2.1.3 pH对处理效果的影响

利用硫酸、氢氧化钠控制反应液pH[6]，处理10mg/L的甲基橙废水，反应时间为100min，考查pH对处理效果的影响，结果如图2所示。

可以看出，pH在3-7范围内，COD去除率可达到80%以上，当pH>7时，COD去除率仅为50%左右；pH在2-8范围内，脱色率可达到80%以上。经测定，10mg/L的甲基橙废水的初始pH为3.14，随着反应进行，pH无明显变化，因此处理过程中无需额外添加药剂调节pH。2.1.4 小结

对于10mg/L的低浓度甲基橙废水，最适反应时间为100min；反应温度对反应过程无明显影响；pH在3-7范围内时，COD去除率与脱色率最佳。

2.2 US/UV法协同处理甲基橙废水

利用频率40kHz、电功率500W的超声波与254nm的紫外光协同处理10mg/L的甲基橙废水，实验结果如图3所示。

可见，COD去除率与脱色率都高于US法单独处理甲基橙废水，在反应时间为100min时，US/UV法的COD去除效率为78.4%，脱色率为89.2%；US法的COD去除率为63.5%，脱色率为70.1%。分析认为，紫外光激发了更多的自由基产生，加快了反应速率，增强反应效率，因此紫外光的加入有助于超声波体系对甲基橙废水的处理。

为了探究US/UV法处理甲基橙废水的稳定性，本文对比了US法与US/UV法对不同浓度甲基橙废水的处理效果，结果见图4。

可以看出在初始浓度为10mg/L、30mg/L、50mg/L时，US/UV法的COD去除率与脱色率均高于US法，再次证明了引入紫外光对超声波系统处理效果的提升作用。此外，随着初始浓度的提高，COD去除率与脱色率均明显下降，分析是由于随着溶液质量分数的提高，空化率逐渐变小[7]，导致处理效果下降。

3 结论

1）超声波法处理甲基橙废水的最适反应时间为100min；温度对处理效果影响不大；pH在3-7范围内时，处理效果最佳，甲基橙废水的初始浓度为3.14，因此一般不需要调节反应pH条件。

2）US/UV法协同处理甲基橙废水的处理效果优于US法，COD去除率与脱色率均显著提高。

3）US/UV法适用于低浓度的甲基橙废水处理，对于浓度高于10mg/L的甲基橙废水，处理效果欠佳。

【参考文献】

[1]刘悦，张金毅，姜旭峰，等.超声技术在水处理中的研究进展和专利分析[J].广州化工，2011，39（21）：26-30.

[2]高甲友.超声技术降解水溶液中甲基紫水处理技术[J].水处理技术，2003，29（6）：352-354.

[3]邢铁玲，Chu K H，陈国强.超声降解甲基橙的研究[J].中国给水排水，2006，22（13）：102-104.

[4]梁山景，程建萍，陈长琦.功率超声处理甲基橙废水的实验研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2010，33（10）：1563-1566.

[5]胡文容，钱梦騄，高廷耀.超声强化臭氧偶氮染料的脱色效能[J].中国给水排水，1999，15（11）：1-4.

[6]司秀杰.模拟偶氮染料废水甲基橙溶液的处理研究[D].重庆：重庆大学，2005.

[7]Rehorek A，Tauber M，Gubitz G.Application of power ultrasound for azo dye degradation[J].Ultrasonics Sonochemistry，2004，11（34）：177 -182.

[责任编辑：李书培]