【技术篇】含酚有机废水处理技术

3 超声波技术处理苯酚废水

3.1 实验仪器和试剂

苯酚(分析纯)，HCI(分析纯)，NaOH(化学纯);KQ-250E型超声波发生器，紫外分光光度计，便携式pH测量仪。

3.2 实验方法

(1)配制储备液

用分析天平称取1.000 g的分析纯苯酚，配制成一定浓度的苯酚溶液，置于棕色容量瓶中，避光保存。

(2)配制反应液

取一定量上述配制的苯酚储备液，用蒸馏水稀释，根据需要用氢氧化钠和盐酸溶液调节溶液的pH，定容到一定体积，得到待实验用的反应液。

(3)超声处理

取250 mL反应液，放入超声波发生器内进行降解反应，超声发生器输出功率250 W、工作频率40 kHz，反应槽加盖密封，开启超声发生器，反应一定时间后取样测定溶液中的苯酚浓度。

3.3 分析方法

采用紫外可见分光光度计测定苯酚浓度在最大吸收波长λ=269.5 nm，测定其吸光度，同构回归方程得到苯酚的降解率。

3.4 结果与讨论

(1)初始浓度对苯酚超声降解的影响

配制初始浓度分别为40.16 mg/L，91.27 mg/L，135.15 mg/L，172.22 mg/L的苯酚反应液各200 mL，在pH为7，温度为30 ℃条件下用超声波辐照4 h，不同初始浓度的苯酚的超声降解效果如图1所示。

图1 不同初始浓度对苯酚降解效果的影响

Fig.1 Different initial concentration of phenol degradation effect

由图1可知，苯酚初始浓度对降解效果的影响比较明显。在40～170 mg/L的浓度范围内，苯酚的降解率先是随初始浓度的增加而增加，当浓度达到135 mg/L左右时其降解效率最好，随后其降解率又随初始浓度的增加而降低。由此可见，超声对苯酚的降解效果并不是浓度越低越好，在一定范围内，较大溶液初始浓度对苯酚的降解去除率较大;并且通过对反应时间的测定，确定超声最佳反应时间为4 h。

(2)温度对苯酚超声降解的影响

配制初始浓度为135 mg/L，pH为7的苯酚溶液各200 mL，分别在20 ℃，30 ℃，40 ℃和50 ℃条件下用超声波辐照4 h，不同温度对苯酚的降解效果如图2所示。

由图2可知，经过4 h的反应，20 ℃条件下，苯酚的降解率为1.21 %，30 ℃条件下，苯酚的降解率为4.20 %。由此说明，并不是温度越高超声降解的效果越好，但是较高温度可促进苯酚的降解。温度升高使得超声的空化效应提高，促使大量的苯酚进入空化泡进行裂解反应，但是另一方面过高的温度又使液体的粘度增加减弱了空化强度，因此，适宜的温度可有效提高苯酚的降解。

图2 不同温度对超声降解的影响

Fig.2 Effect of different temperature on ultrasonic degradation

(3)曝气对苯酚超声降解的影响

曝气是在溶液底部通入空气，可强化传质效果，加速降解。配制初始浓度为135 mg/L，pH为3的苯酚反应液各200 mL，反应温度为40 ℃，在超声波辐照苯酚水溶液的过程中分别在仅曝气处理、仅超声辐照处理、超声和曝气联合处理的条件下进行实验，苯酚水溶液经的超声波辐照4 h，其实验结果如图3所示。

由图3可知，单独曝气时苯酚的降解率仅有1.58 %;单独超声波辐照时苯酚的降解率为5.64 %;同时曝气和超声时苯酚的降解率为6.78 %，比两者中任何一个因素单独作用时的效果都要高。这是因为在超声辐照苯酚水溶液的过程中同时通入空气后，水中产生的˙OH自由基的量增加，从而使苯酚和˙OH自由基反应几率增大。

图3 曝气对苯酚降解效果的影响

Fig.3 Effect of aeration on the degradation of phenol

4 结论

超声波降解苯酚具有一定的效果，并且苯酚初始浓度、温度等因素对苯酚的超声降解影响都比较大。在135 mg/L，初试温度为30 ℃，反应4 h，曝气和超声联合处理时，苯酚的降解率可达6.78 %。由于苯酚为难降解有机物，单独的超声处理苯酚，即使选择最佳条件也不能达到理想的效果，而物理能场和化学氧化剂的结合可大大提高苯酚的降解率。