Fenton試劑處理染料廢水的研究

張磊新 張超

【摘 要】本實(shí)驗(yàn)采用Fenton高級(jí)氧化法處理染料廢水的深度處理研究，研究了Fenton試劑對(duì)此廢水的處理效果及影響因素.結(jié)果表明Fenton試劑可以有效的去除此廢水中的COD。通過(guò)各因素試驗(yàn)確定最優(yōu)反應(yīng)條件為：H2O2 /Fe2+為0.9（物質(zhì)的量之比），F(xiàn)e2+投加量為0.8g/L，pH為3。 在此條件下CODcr去除率為85%。

【關(guān)鍵詞】Fenton試劑；深度處理；染料廢水

染料廢水具有水質(zhì)水量變化大、有機(jī)物含量高、成分復(fù)雜、色度大、毒性強(qiáng)、可生化性差等特點(diǎn)，單純靠生物處理方法其各項(xiàng)污染指標(biāo) （尤其是有機(jī)物 ）難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)行深度處理[1]。據(jù)ETAD（染料工業(yè)生態(tài)及毒理協(xié)會(huì)）調(diào)查統(tǒng)計(jì)在染料的生產(chǎn)和使用過(guò)程中約有10%的染料以廢水的形式流失到水體中[2]據(jù)此估算我國(guó)每年大約有20000t的成品染料以廢水形式流失到水體中。染料廢水一直是國(guó)內(nèi)外難處理的工業(yè)廢水之一，我國(guó)已將染料廢水的治理列為環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)。

Fenton試劑是 Fe2+和 H2O2 的復(fù)合，F(xiàn)e2+ 可催化 H2O2 產(chǎn)生強(qiáng)氧化性羥基自由基和其它自由基中產(chǎn)物，自由基能夠氧化染料中的共軛發(fā)色體，使之變成無(wú)色的有機(jī)分子從而脫色[3]尤其是對(duì)大分子有機(jī)物有很高的去除率，它可將大分子有機(jī)物氧化成為小分子有機(jī)物，而 Fe 則主要起催化劑的作用[4]。

1.實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水為某印染廢水處理廠的二沉池出水。其水呈淡黃色，pH值為8.65，色度為46倍，COD、TN、NH3-N和 TP分別為 87.6、18.95、0.49和 1.23mg/L。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

取二沉池出水水樣6份，按比例投加 H2O2溶液 （0.98 mol/L）和 FeSO4·7H2O，放置在六聯(lián)攪拌器中反應(yīng)一段時(shí)間后，取上清液進(jìn)行分析?？疾?H2 O2：/Fe2+值（物質(zhì)的量之比，下同）、Fenton試劑投量、反應(yīng)時(shí)間、pH和曝氣對(duì) COD去除效果的影響，并確定其最佳運(yùn)行參數(shù)。

1.3分析方法

COD：重鉻酸鉀法；TP：鉬銻抗分光光度法；TN：過(guò)硫酸鉀氧化一紫外分光光度法；NH-N：納氏試劑分光光度法；pH：pHS-25型pH計(jì)；色度：稀釋倍數(shù)法。

2.結(jié)果與討論

2.1 H 2O2 /Fe2+ 值對(duì)COD去除效果的影響

在 Fe2+ 濃度分別為0.05和0.1mol/L的條件下，通過(guò)改變H2O2的投量來(lái)控制不同的H2O2/Fe2+值，考察不同 H 2O2/Fe2+值對(duì) COD去除效果的影響 ，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 H2O2/Fe2+值對(duì)COD去除效果的影響

由圖1可知 ，當(dāng) Fe2+濃度分別為 0.05和 0.1 mol/L時(shí)，都在 H2O2/Fe2+ =0.9時(shí)對(duì) COD的去除率達(dá)到最大，分別為85%和68%。Fenton試劑的氧化能力主要取決于· OH，當(dāng)H2O2投量增加時(shí)，反應(yīng)體系中產(chǎn)生的·OH相應(yīng)增多，對(duì) COD的去除率逐漸上升；這是因?yàn)樵贖2O2投加量較少時(shí)增加H2O2的量，生成的·OH量增加，并能與有機(jī)污染物迅速結(jié)合反應(yīng)，使得廢水CODcr去除率提高。而投加量過(guò)高時(shí)不但不能通過(guò)分解產(chǎn)生更多的羥自由基，反而在反應(yīng)一開(kāi)始就將Fe2+迅速氧化為Fe3+，從而使反應(yīng)在Fe3+下進(jìn)行，這樣不僅抑制了·OH的生成還消耗了體系的H2O2[5]，使出水的CODcr值上升。因此，確定最佳 H2O2/Fe2+ 值為0.9。

2.2 Fenton試劑投量對(duì)COD去除效果的影響

在 H2O2/Fe2+值為0.9的條件下，投加不同量的FeSO4·7H2O和 H2O2 溶液，考察 Fenton試劑投量對(duì) COD去除效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖 2 Fenton試劑投量對(duì) C0D去 除效果的影響

由圖2可知，隨 Fenton投量的增加，對(duì) COD的 去除率先上升后下降，其中當(dāng)Fe2+投量為 0.8g/L、H2O2/Fe2+ =0.9時(shí)，對(duì) COD的去除率最大。這是因?yàn)楫?dāng) Fenton試劑投量很小時(shí)，F(xiàn)enton體系產(chǎn)生的·OH較少，對(duì)有機(jī)物的氧化效果不好；隨著 Fenton 試劑投量的增加，產(chǎn)生的·OH相應(yīng)增加，對(duì)有機(jī)物的去除效果相應(yīng)提高；但當(dāng) Fenton試劑投量過(guò)大后，過(guò)量的Fe2+會(huì)消耗 ·OH，從而降低對(duì)有機(jī)物的氧化去除效果，而且當(dāng)H2O2 投量過(guò)多時(shí)，易發(fā)生分解而生成水和氧氣，降低其氧化效率。

2.3 pH對(duì)COD去除效果的影響

試驗(yàn)原水的pH值為 8.65，用 H2SO4溶液調(diào)節(jié)pH，在 H2O2/Fe2+ =0.9、Fe2+投量為0.8g/L的條件下，考察不同pH對(duì) COD去除效果的影響。結(jié)果表明，反應(yīng)在酸性條件下處理效果最佳，最佳pH值為3，此時(shí)去除率可以達(dá)到73%左右，但pH過(guò)低或過(guò)高都不利于羥基自由基的產(chǎn)生。當(dāng)pH 值過(guò)小時(shí)，溶液中H+濃度過(guò)高，抑制三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵，使催化受阻，降低Fenton 試劑的氧化能力；而當(dāng)pH值較高時(shí)，不僅抑制了羥基自由基的產(chǎn)生，同時(shí)也因?yàn)镕e2+和Fe3+會(huì)以氫氧化物的形式沉淀而降低或失去催化作用。而且較高pH值還會(huì)使過(guò)氧化氫無(wú)效分解，降低催化氧化效率。因此確定最佳pH值為3。主要的化學(xué)反應(yīng)式為：

3.結(jié)論

在 pH值為3、H202/Fe2+=0.9、Fe2+投量為0.8g/L的條件下，F(xiàn)enton試劑對(duì)印染廢水的深度處理效果最佳，出水COD去除率可達(dá)85%，出水水質(zhì)較好。為了進(jìn)一步提高COD去除率，必須引進(jìn)新的催化劑才能實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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