電解-耦合類(lèi)芬頓催化氧化技術(shù)處理印染廢水

雷 斌

（威士邦（廈門(mén)）環(huán)境科技有限公司，福建 廈門(mén) 361101）

電解-耦合類(lèi)芬頓催化氧化技術(shù)處理印染廢水

雷 斌

（威士邦（廈門(mén)）環(huán)境科技有限公司，福建 廈門(mén) 361101）

采用電解-耦合類(lèi)芬頓催化氧化技術(shù)對(duì)紡織印染行業(yè)廢水進(jìn)行深度處理，分別考察不同F(xiàn)e/C比、溶液pH值、藥劑投加量與反應(yīng)時(shí)間對(duì)去除效果的影響，結(jié)果在pH值為3.5、Fe/C為1∶1、H2O2投加量為200mg/L、FeSO4投加量為200mg/L時(shí)，反應(yīng)時(shí)間控制在20min，廢水的COD去除率可達(dá)62.5%。

紡織印染行業(yè)廢水；電解-耦合類(lèi)芬頓催化氧化技術(shù)；COD去除率

紡織印染行業(yè)是重污染行業(yè)之一，排放的廢水通常具有色度大、含鹽量高、表面活性劑和難降解漿料含量高等特征，若排入水體中，對(duì)地表流域破壞性巨大，容易導(dǎo)致重大的水體污染事件，因而需要對(duì)出水進(jìn)行深度處理。目前對(duì)于印染廢水的深度處理技術(shù)包括物化法、高級(jí)氧化法、生物化學(xué)法和組合技術(shù)處理法等，通常是多種方法的組合應(yīng)用。

芬頓氧化法是處理溶解性難降解有機(jī)物的有效辦法之一，芬頓氧化反應(yīng)體系是通過(guò)Fe2+催化H2O2生成具有高化學(xué)活性的羥基自由基（·OH），羥基自由基是一種很強(qiáng)的氧化劑，能夠?qū)U水中的有機(jī)物氧化分解，同時(shí)，F(xiàn)e2+在被氧化成Fe3+的過(guò)程中會(huì)生產(chǎn)鐵水絡(luò)合物，鐵水絡(luò)合物具有較強(qiáng)的絮凝沉降作用，不僅能夠有效降低廢水的色度，還能去除部分有機(jī)物[1]。

鐵炭微電解技術(shù)是以鐵塊和炭粒構(gòu)成原電池，集氧化還原、絮凝吸附、絡(luò)合及電沉淀等作用于一體的水處理技術(shù)，不但可以去除部分難降解物質(zhì)，還可以改變部分有機(jī)物形態(tài)和結(jié)構(gòu)，提高廢水的可生化性[2]。電解-耦合類(lèi)芬頓催化氧化技術(shù)是將微電解技術(shù)與類(lèi)芬頓催化氧化技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起的新型廢水處理技術(shù)，該技術(shù)用于印染廢水深度處理方面的研究鮮有報(bào)道。

本研究以泉州某印染工業(yè)園區(qū)污水處理廠生化后沉淀池出水為研究對(duì)象，采用鐵炭微電解耦合類(lèi)芬頓催化氧化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行深度處理，考察不同F(xiàn)e/C比、溶液pH值、藥劑投加量與反應(yīng)時(shí)間對(duì)去除效果的影響，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)及正交實(shí)驗(yàn)確定最佳反應(yīng)條件，以期為深度處理印染廢水的工程化應(yīng)用提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

溶藥配藥裝置、pH計(jì)、蠕動(dòng)泵、小型曝氣器、燒杯、量筒，電解-耦合類(lèi)芬頓催化氧化裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品

硫酸（500mL，AR）、雙氧水（500mL，AR）、硫酸亞鐵（500g，AR）、復(fù)合堿（25kg，C.P）、聚合氯化鋁（PAC，25kg，C.P）、聚丙烯酰胺（PAM，25kg，C.P），自制微電解材料，自制催化劑。

1.3 水質(zhì)檢測(cè)方法

pH值的測(cè)定方法：臺(tái)式精密pH計(jì)；COD標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法：《COD測(cè)定重鉻酸鹽法》（GB11914-89）；色度的測(cè)定方法：鉑鈷比色法；SS測(cè)定方法：103℃～105℃烘干法。

1.4 實(shí)驗(yàn)水樣

水樣為泉州某印染工業(yè)園區(qū)污水處理廠生化后沉淀池出水，其水質(zhì)見(jiàn)下表。深度處理目標(biāo)是出水水質(zhì)達(dá)到

《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）下表中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)水樣水質(zhì)表

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

1.5.1 廢鐵屑活化預(yù)處理

將廢鐵屑投加到5mol/LNaOH溶液中，60℃下水浴加熱0.5h，之后用蒸餾水清洗干凈，再浸泡在濃度為20%的稀H2SO4溶液中0.5h，取出清洗后置于100℃～110℃烘箱中烘干備用。

1.5.2 微電解材料的制備

將廢鐵屑、炭粒和黏土按照一定的質(zhì)量比進(jìn)行混合，逐漸加水，緩慢地?fù)u制成直徑5～10mm的小球。將制得的小球置于50℃烘箱中烘干后移至馬弗爐中，于300℃下焙燒2h，即可得所需微電解材料。

1.5.3 催化劑的制備

利用溶膠凝膠法制備過(guò)渡金屬與稀土金屬混合氧化物催化劑與摻雜鐵系氧化物的催化劑。

1.5.4 電解-耦合類(lèi)芬頓催化氧化實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用裝置如圖1，先調(diào)節(jié)水樣pH值，然后將水樣加入電解-耦合類(lèi)芬頓催化氧化反應(yīng)裝置，依次通過(guò)裝有微電解材料與催化劑的三級(jí)反應(yīng)罐，再將經(jīng)過(guò)電解類(lèi)芬頓催化氧化的水樣進(jìn)行pH調(diào)節(jié)至中性，最后進(jìn)行混凝沉淀后，測(cè)出水水質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 Fe/C比的影響

圖1 電解-耦合類(lèi)芬頓催化氧化裝置

圖2 Fe/C比對(duì)COD去除率的影響

將廢水pH調(diào)節(jié)至3.5、FeSO4的投加量為200mg/L、H2O2的投加量為200mg/L、反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí)，考察Fe/C比為4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4時(shí)的COD去除率，結(jié)果如圖2所示。從圖2可看出，F(xiàn)e/C比對(duì)COD去除率具有很大的影響，隨著Fe成分的比重不斷增大，COD去除率不斷增加，當(dāng)Fe/C比為1:1時(shí)，達(dá)到最高值62.5%，之后，COD去除率大幅降低。這是因?yàn)?，在鐵炭微電解體系中，F(xiàn)e/C比決定形成原電池的數(shù)量，從而影響對(duì)廢水的降解效率[3]。當(dāng)Fe含量過(guò)多時(shí)，形成的原電池?cái)?shù)量過(guò)少，多余的鐵屑會(huì)與水中的H+反應(yīng)生成過(guò)量的[H]，密度過(guò)大，尚未與廢水中的污染物質(zhì)反應(yīng)就相互作用生成氫氣放出，導(dǎo)致COD去除效果不好；當(dāng)C含量過(guò)多時(shí)，多余的炭粒表現(xiàn)為吸附作用，與鐵屑的接觸面積減少，所進(jìn)行的原電池反應(yīng)的數(shù)量也相應(yīng)的減少，此外，炭粒的價(jià)格較高，沒(méi)有充分利用的話(huà)，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)成本的增加。因此，最佳反應(yīng)Fe/C比為1:1。

2.2 初始pH值的影響

在Fe/C=1:1、H2O2的投加量為200mg/L、FeSO4的投加量為200mg/L、反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí)，將初始pH值分別調(diào)至2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、7和8，考察不同pH條件下，COD去除率。結(jié)果如圖3所示。

圖3 初始pH值對(duì)COD去除率的影響

從圖3可以看出，隨初始pH值從2升高至8時(shí)，COD去除率先增加后減小，當(dāng)pH為3.5時(shí)，COD去除率達(dá)到最高值62.5%。當(dāng)初始pH調(diào)節(jié)為8時(shí)，COD去除率僅為14.5%，對(duì)廢水中污染物的降解效果很差。這是因?yàn)檩^強(qiáng)的酸性能夠提高氧的電極電位從而提高微電解電位差，促進(jìn)電極反應(yīng)，提高新生態(tài)氫的活性和鐵離子的還原作用[4]；但是，當(dāng)pH過(guò)低時(shí)，容易造成前段鐵炭微電解體系形成板結(jié)。因此，最佳初始pH值為3.5。

2.3 H2O2的投加量的影響

在初始pH值為3.5、Fe/C=1:1、FeSO4的投加量為200mg/L、反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí)，分別加入50、100、150、200、250、300和350mg/LH2O2，考察不同H2O2的投加量對(duì)COD去除率的影響。結(jié)果如圖4所示。

圖4 H2O2的投加量對(duì)COD去除率的影響

從圖4可看出，隨著H2O2的投加量不斷增加，COD 的去除率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)投加量為200mg/L，達(dá)到最高值62.5%。這是因?yàn)樵贖2O2濃度較低時(shí)，隨著H2O2濃度的增加，其與Fe2+發(fā)生催化氧化反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基（·OH）也增多，故COD去除效率也相應(yīng)提高；但當(dāng)H2O2的濃度過(guò)高時(shí)，過(guò)量的H2O2會(huì)與羥基自由基·OH發(fā)生反應(yīng)，造成羥基自由基·OH的含量減少[5]。因此，H2O2最佳投加量為200mg/L。

2.4 FeSO4投加量的影響

在初始pH值為3.5、Fe/C=1:1、H2O2的投加量為200mg/L、反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí)，分別加入50、100、150、200、250、300和350mg/LFeSO4，考察不同H2O2的投加量對(duì)COD去除率的影響。結(jié)果如圖5所示。

圖5 FeSO4投加量對(duì)COD去除率的影響

從圖5可看出，隨著FeSO4投加量的不斷增加，COD的去除率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)投加量為200mg/L，COD去除率達(dá)到最高值62.5%。這是因?yàn)殡S著FeSO4濃度由低向高的增加，其與H2O2發(fā)生催化氧化反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基（·OH）也增多，故COD去除效率也相應(yīng)提高；但當(dāng)FeSO4的濃度過(guò)高時(shí)，過(guò)量的FeSO4會(huì)被氧化生成Fe3+，從而促進(jìn)H2O2分解速率。因此，F(xiàn)eSO4最佳投加量為200mg/L。

2.5 反應(yīng)時(shí)間的影響

在初始pH值為3.5、Fe/C=1:1、FeSO4的投加量為200mg/L、H2O2的投加量為200mg/L時(shí)，反應(yīng)時(shí)間選取10、15、20、25、30min進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除率的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖6 反應(yīng)時(shí)間的影響

從圖6可看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，COD去除率不斷上升，反應(yīng)20min時(shí)，COD去除率可達(dá)到62.5%，隨后COD去除率隨反應(yīng)時(shí)間的繼續(xù)增加而無(wú)明顯變化，這是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的增加，能夠產(chǎn)生更多的[H]、Fe2+和Fe3+，不僅有利于氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，還能促進(jìn)Fe2+與H2O2更好地發(fā)生氧化還原反應(yīng)，還能去除有機(jī)污染物；但是，隨著時(shí)間的增加，鐵屑表面逐漸形成氧化膜，發(fā)生鈍化阻礙了反應(yīng)的進(jìn)行，此外，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)增加處理成本。因此，最佳反應(yīng)時(shí)間為20min。

3 結(jié)論

電解-耦合類(lèi)芬頓催化氧化技術(shù)處理印染廢水最佳反應(yīng)條件是：pH值為3.5、Fe/C為1∶1，H2O2投加量為200mg/L、FeSO4投加量為200mg/L，反應(yīng)時(shí)間控制在20min，對(duì)COD的去除率可達(dá)62.5%。

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表4 總氮紫外分析方法275nm/220nm波長(zhǎng)的吸光度比值

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Abstract:The article discusses the ultraviolet and gas phase process of new standards to determine the determining windage and cause of formation of total nitrogen of surface water. The result shows that the abatement and peak gap wastages of some volatile nitrogen substances are the main reasons in causing the low level of determination value of total nitrogen of surface water.

Keywords:total nitrogen; ammonia-nitrogen; abatement; volatile nitrogen substances

Treatment of Printing and Dyeing Wastewater by Electro-Fenton-Like Catalytic Oxidation Process

LEI Bin
(VISBE (Xiamen) Environmental Technology Co., Ltd, Fujian Xiamen 361101, China)

The paper adopts Electro-Fenton-Like catalytic oxidation process to treat wastewater from textile printing and dyeing industries. The influences of different Fe/C ratio, pH value of solution, dosage and reaction time on the removal efficiency are investigated, the value of pH shows 3.5, Fe/C is 1∶1, H2O2dosage is 200mg/L, FeSO4dosage is 200mg/L, the reaction time is controlled in 20min, the COD removal rate could reach at 62.5%.

printing and dyeing wastewater; Electro-Fenton-Like catalytic oxidation; COD; removal rate

Probe into Relative Problems in Determination of Total Nitrogen of Surface Water

LIN Li-qin, LI Ting, ZENG Yan-xia, YANG Ya-lin
(Fujian Environmental Monitoring Center, Fuzhou 350003, China)

X703

A

1006-5377（2016）12-0060-04