超聲波－芬頓協(xié)試劑同處理亞甲基藍(lán)染料廢水的研究

羅 望，楊習(xí)居，郝玉翠

（唐山學(xué)院a．環(huán)境與化學(xué)工程系；b．工商管理系，河北 唐山063000）

超聲波法和芬頓（Fenton）法都是比較新型的印染廢水處理技術(shù)。超聲波處理亞甲基藍(lán)染料廢水的原理是利用空化泡崩潰時(shí)產(chǎn)生的瞬間高溫高壓分解亞甲基藍(lán)，同時(shí)產(chǎn)生的羥基自由基也可氧化分解亞甲基藍(lán)；而芬頓法是由亞鐵離子與過(guò)氧化氫組成的體系，它利用羥基自由基的強(qiáng)氧化性氧化分解亞甲基藍(lán)。如將二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)協(xié)同處理亞甲基藍(lán)染料廢水，最大程度地發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，可能會(huì)獲得更好的處理效果［1］。因此，本實(shí)驗(yàn)采用超聲波－芬頓試劑協(xié)同處理亞甲基藍(lán)染料模擬的印染廢水，考察其最佳的實(shí)驗(yàn)條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

（1）重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液（1／6K2Cr2O7＝0．250mol／L）：稱取預(yù)先在120℃烘干2h的基準(zhǔn)式優(yōu)級(jí)純重鉻酸鉀12．258g溶于水中，移入1 000mL容量瓶，稀釋至標(biāo)線，搖勻。

（2）試亞鐵靈指示液：稱取1．458g鄰菲啰啉（C12H8N2·H2O，phenanthroline），0．695g硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）溶于水中，稀釋至100mL，貯于棕色瓶?jī)?nèi)。

（3）硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液［（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O≈0．1mol／L］：稱取39．5g硫酸亞鐵銨溶于水中，邊攪拌邊緩慢加入20mL濃硫酸，冷卻后移入1 000mL容量瓶中，加水稀釋至標(biāo)線。

（4）硫酸－硫酸銀溶液：稱取25．00g硫酸銀，溶于98%的濃硫酸中，移至500mL容量瓶中，加濃硫酸至標(biāo)線。

（5）亞甲基藍(lán)溶液（1mmol／L）：準(zhǔn)確稱取0．1869g亞甲基藍(lán)指示劑，溶于水中，移至500mL容量瓶中，加水稀釋至標(biāo)線。

（6）30%的H2O2稀釋50倍待用。

（7）FeSO4·7H2O配制成濃度為20mmol／L的溶液。

1.2 色度和COD的測(cè)定

色度去除率（%）＝（降解前后溶液的吸光度差／降解前溶液的吸光度）×100%；

COD的測(cè)定方法采用GB11914－89重鉻酸鉀法。

2 結(jié)果與討論

2.1 Fenton試劑對(duì)亞甲基藍(lán)降解的影響

2.1.1 硫酸亞鐵用量對(duì)亞甲基藍(lán)降解的影響

取50mL濃度為1mmol／L的亞甲基藍(lán)溶液于100mL燒杯中，加入20mL的過(guò)氧化氫溶液，改變濃度為20mmol／L硫酸亞鐵溶液的用量，反應(yīng)2h后，測(cè)定溶液的色度和COD的去除率。結(jié)果如圖1所示。

圖1 FeSO4用量對(duì)COD和色度去除率的影響

由圖1可知，隨著FeSO4用量的增加COD和色度的去除率也隨之增大，當(dāng)FeSO4用量為2．5mL時(shí)，COD和色度的去除率達(dá)到最大，繼續(xù)增加FeSO4用量，去除率不再增加，甚至開(kāi)始下降。這是因?yàn)殚_(kāi)始時(shí)隨著FeSO4用量的增加，產(chǎn)生的·OH隨之增加，COD和色度的去除率增加。但是FeSO4過(guò)量時(shí)，F(xiàn)eSO4會(huì)消耗H2O2，影響·OH的產(chǎn)生，對(duì)反應(yīng)不利［2］。所以FeSO4用量不宜過(guò)多，本實(shí)驗(yàn)確定FeSO4用量的最佳值為2．5mL。

2.1.2 過(guò)氧化氫用量對(duì)亞甲基藍(lán)降解的影響

取50mL濃度為1mmol／L的亞甲基藍(lán)溶液于100mL燒杯中，加入2．5mL FeSO4溶液，改變濃度為6‰的過(guò)氧化氫的用量，反應(yīng)2h后，測(cè)定溶液的色度和COD的去除率。結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 H2O2用量對(duì)COD和色度去除率的影響

由圖2可知，當(dāng)FeSO4用量不變時(shí)，隨著H2O2用量的增加，COD和色度的去除率也隨之增大。H2O2用量為22．5mL時(shí)，COD和色度的去除率達(dá)到最大。繼續(xù)投加H2O2，COD和色度的去除率不變，甚至開(kāi)始下降。這是由于H2O2過(guò)量，使溶液有較強(qiáng)的氧化性，F(xiàn)e2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，破壞了Fe2＋和Fe3＋平衡體系，不利于反應(yīng)的進(jìn)行。所以本實(shí)驗(yàn)確定的H2O2最佳用量為22．5mL。

2.1.3 pH對(duì)亞甲基藍(lán)降解的影響

取1mmol／L的亞甲基藍(lán)溶液50mL，加入20mmol／L的FeSO4溶液2．5mL，加入6‰的 H2O2溶液22．5mL，調(diào)節(jié)不同的pH值，反應(yīng)2h后，測(cè)定溶液的色度和COD的去除率。結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 pH對(duì)COD和色度去除率的影響

由圖3可知，在pH＝2．80時(shí)處理效果最好。這是因?yàn)?，F(xiàn)enton試劑是在酸性條件下發(fā)生作用的，在中性和堿性環(huán)境下，F(xiàn)e2＋不能催化 H2O2產(chǎn)生·OH，pH過(guò)高不僅抑制了·OH的產(chǎn)生，同時(shí)使溶液中的Fe2＋以氫氧化物的形式沉淀，失去催化能力。而pH過(guò)低，溶液中的H＋濃度過(guò)高，使Fe3＋較難還原成Fe2＋，反應(yīng)受阻。因此，pH的變化直接影響Fe2＋和Fe3＋平衡體系，從而影響Fenton試劑的氧化能力。所以，控制好溶液的pH值成為了亞甲基藍(lán)處理效果的關(guān)鍵，為達(dá)到最佳的處理效果，本實(shí)驗(yàn)確定pH為2．80。

2.1.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)亞甲基藍(lán)降解的影響

取50mL濃度為1mmol／L的亞甲基藍(lán)溶液于100mL燒杯中，加入20mmol／L的硫酸亞鐵溶液2．5mL，6‰的H2O2溶液22．5mL，調(diào)節(jié)pH至2．80，進(jìn)行反應(yīng)，在不同時(shí)間取樣，測(cè)定溶液的色度和COD的去除率。結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，COD和色度的去除率也隨之增大。2h后繼續(xù)處理，COD和色度的去除率幾乎不再變化。所以2h已接近反應(yīng)完全。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD和色度去除率的影響

2.2 超聲波對(duì)亞甲基藍(lán)降解的影響

取50mL濃度為1mmol／L的亞甲基藍(lán)溶液于100mL燒杯中，進(jìn)行超聲波處理，在不同時(shí)間取樣測(cè)定COD和色度的去除率。結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 COD和色度去除率隨超聲波處理時(shí)間的變化情況

由圖5可知，單獨(dú)用超聲波處理亞甲基藍(lán)，處理效果不明顯。所以，超聲波處理不適合單獨(dú)使用。

2.3 超聲波和Fenton試劑聯(lián)合作用對(duì)亞甲基藍(lán)降解的影響

取50mL濃度為1mmol／L的亞甲基藍(lán)溶液于100mL燒杯中，加入20mmoL／L的硫酸亞鐵溶液2．5mL，6‰的H2O2溶液22．5mL，調(diào)節(jié)pH值為2．80，超聲波處理。在不同時(shí)間取樣，測(cè)定溶液的色度和COD的去除率。結(jié)果見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 COD去除率隨時(shí)間變化

圖7 色度去除率隨時(shí)間變化

由圖6和圖7可知，用超聲波和Fenton試劑協(xié)同處理亞甲基藍(lán)溶液比單獨(dú)用Fenton處理，加快了亞甲基藍(lán)的降解速率，減少了處理時(shí)間。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，單獨(dú)用Fenton試劑處理亞甲基藍(lán)溶液，燒杯底部會(huì)有墨色沉淀產(chǎn)生，而用超聲波和Fenton試劑協(xié)同處理亞甲基藍(lán)溶液則不會(huì)產(chǎn)生沉淀。所以用超聲波和Fenton試劑協(xié)同處理亞甲基藍(lán)溶液效果更好。

3 結(jié)論

本文研究了以自行配制的亞甲基藍(lán)溶液模擬染料廢水，在超聲波－芬頓試劑協(xié)同作用下對(duì)其進(jìn)行降解，考察了反應(yīng)時(shí)間、H2O2用量、硫酸亞鐵的用量、溶液pH值等因素對(duì)降解效果的影響，從而得到超聲波－Fenton試劑處理亞甲基藍(lán)染料廢水的最佳條件：1mmol／L的亞甲基藍(lán)溶液50mL，加入20mmol／L的FeSO4溶液2．5mL，加入6‰的H2O2溶液22．5mL，調(diào)節(jié)pH＝2．80，超聲波處理1h，亞甲基藍(lán)溶液的脫色率可達(dá)96%以上，COD的去除率達(dá)85%以上。應(yīng)用超聲波－Fenton試劑協(xié)同法處理亞甲基藍(lán)溶液，減少了反應(yīng)時(shí)間，處理率增高，處理后水質(zhì)好，同時(shí)在超聲波的協(xié)同作用下，不會(huì)產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀，沒(méi)有二次污染問(wèn)題和污泥處理問(wèn)題，更符合當(dāng)今水處理的發(fā)展要求，而且反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，易于操作，是一種理想的處理方法，將該方法應(yīng)用于染料廢水的處理會(huì)有非常好的前景。

［1］ 梁喜珍，周躍明，王梅．超聲波芬頓法協(xié)同降解亞甲基藍(lán)的研究［J］．東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，33（2）：183－186．

［2］ 程麗華，黃君禮，倪福祥．Fenton試劑生成·OH的動(dòng)力學(xué)研究［J］．環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4（5）：12－14．