Fenton法处理印染废水的试验研究刘诗燕

广东化工2009年第8期·166·法处理印染废水的试验研究刘诗燕，张艳，陈欣义，张鹏，吴姗蔚，熊如意(广东新大禹环境工程有限公司，广东广州510660)[摘要]文章考察Fenton试剂对鲜红印染废水的处理效果。从反应时间及温度，Fenton试剂配比(即双氧水(30%)的用量与硫酸亚铁用量之比)以及pH等四个方面对鲜红印染废水的色度及COD去除率的影响。通过正交实验确定了Fenton试剂处理该废水的最佳操作条件。实验表明，随着反应时间的延长，色度及COD去除率增大，最佳反应时间为20min；色度及COD的去除率随着反应温度的升高而增大，最佳反应温度为50℃。色度及COD的去除率在双氧水(30%)的用量与硫酸亚铁用量之比为1׃3.1时，去除效果最好；最佳pH为4.5。出水可达到排放标准。[关键词]Fenton试剂；印染废水；氧化；脱色[中图分类号]X5[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2009)08-0166-01ExperimentalResearchonDyeSewegeTreatmeatViaFentionMethodLiuShiyan,ZhangYan,ChenXinyi,ZhangPeng,WuShanwei,XiongRuyi（GuangDongXindayuEnvironmentEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510660,China）Abstract:Fentonreagentwasemployedtotreatprintinganddyeingwastewater.Theeffectofreactiontime,reactiontemperature,rateofH2O2dosageandFeSO4dosageandpHonremovalefficienciesofchromeandCODofthewastewaterwasinvestigated.Theoptimumconditionwasdeterminedviaorthogonalexperiment.TheresultsshowedthattheremovalefficiencyofchromeandCODincreasedwithriseofreactiontime,reactiontemperature.Theoptimumreactiontimeandreactiontemperaturewere20minand50℃.TheoptimumrateofH2O2dosageandFeSO4dosagewas1׃3.1andpHwas4.5.Thewaterleakageachieveddischargestandard.Keywords:Fentonreagent；printinganddyeingwastewater；oxidation；chromeFenton试剂通过催化分解产生羟基自由基(·OH)进攻有机物分子，并使其氧化为CO2、H2O等无机物质。当前利用Fenton试剂作为高级氧化技术的原理，就是利用羟基自由基超强氧化性能与有机物发生反应，其实现对难以降解物质的深度氧化。染料分子中发色基团的不饱和双键可被氧化断开，形成分子量较小的有机物或无机物，从而使染料失去发色能力。氧化法包括化学氧化，光催化氧化和超声波氧化。虽然具体工艺不但脱色机制却是相同的[16]。采用Fenton试剂在pH为4～5时催化生成-OH，使染料氧化脱色，生成的新生态Fe2+，还具有促凝作用。用铁屑一比处理印染废水，在pH为l～2时可生成新生态Fe2+，其水解产物有较强的吸附絮凝作用,可使硝基酚类，蒽醌类印染废水色度脱除99%以上；用铁粉和H2O2对印染废水脱色时，当铁粉含量为lg/L，H2O2含量为lmol/L，pH为2～3时，脱色效果极佳。总之，氧化法是一种优良的印染废水脱色方法。但如果氧化程度不足，染料分子的发色基团可能被破坏而脱色，但中的COD仍未除尽；若将染料分子充分氧化，能量，药剂量消耗可能会过大，成本太高，所以一般用于氧化一絮凝或絮凝一氧化工艺。采用氧化一絮凝工艺，目的是通过氧化法将水溶性染分子变为疏水性或使阳离子，笔者查阅相关资料[1-8]，并通过以下实验，提出在反应时间为20min，反应温度为50℃，pH为4.5，双氧水(30%)的用量与硫酸亚铁用量之比为1׃3.1时，Fenton法对鲜红印染废水的COD及色度去除效果最佳。1实验1.1主要实验仪器和试剂1.1.1主要仪器精密pH计(产地：上海)，电子天平(JJ-200型)(产地：常熟)，水浴缸(产地：上海高)，分光光度计(产地：上海)，小型曝气机(产地：广州)。1.1.2主要试剂双氧水(30%)、七水合硫酸亚铁、重铬酸钾、硫酸银、浓硫酸(95%)、邻苯二甲酸氢钾、硫酸汞等，以上药品均为分析纯。1.1.3印染废水水样配制鲜红废水水样的浓度为20mg/L，经过分析：COD用重铬酸钾法测定为162.5mg/L，色度用稀释倍数法[9]测定为1000倍。1.2实验及分析方法1.2.1实验方法取鲜红印染废水200mL于250mL烧杯中，调节pH到一定值，再向溶液中加入一定量的七水合硫酸亚铁，然后加入一定量的双氧水，继而将溶液置于水浴缸上，调节在一定的温度下，以曝气代替搅拌，反应一定时间后取下静置一段时间后，取上清液在610nm波长下，用分光度计测定溶液的吸光度，由标准工作曲线查出鲜红染料COD值，从而计算出COD，色度用用稀释倍数法测定。1.2.2分析方法COD用重铬酸钾法测定色度用稀释倍数法测定。2结果与讨论2.1正交实验结果由于pH，反应时间，反应温度，加药比等因素直接影响Fenton试剂处理废水的效果。为了确定最佳处理条件，本实验采用了正交实验方法设计实验方案，通过考察鲜红染料废水的COD和色度去除率，来确定处理工艺的主要参数。正交实验因素水平见表1，实验结果见表2。表1L9(34)水平设计表Tab.1HorizontaldesignoftheL9(34)因素水平1水平2水平3ApH456B时间(min)152025C温度(℃)354550D加药摩尔比(FeSO4׃H2O2)1׃2.51׃2.01׃3.2[收稿日期]2009-05-01[作者简介]刘诗燕(1981-)，男，江西人，本科，主要从事水处理工作。2009年第8期广东化工第36卷总第196期·167·表2正交实验的实验结果Tab.2Testresultsoftheorthogonalexperiments实验号pH时间/min温度/℃加药比(FeSO4:H2O2)COD去除率/%色度去除率/%1415351:2.568.992.72425451:2.072.894.93420501:3.276.895.14525501:2.586.596.75515451:3.278.796.16520351:2.078.294.87620451:2.575.393.28615501:2.080.292.39625351:3.26490.1关于COD去除率K173.1277.1776.2270.81K282.2477.5274.5775.74K373.1373.1476.8981.16R8.014.522.4110.34关于色度去除率K194.4094.2294.3293.13K295.5695.5693.8394.38K393.1293.2594.9195.65R2.542.271.152.67正交实验结果表明：极差的大小顺序为DABC，即加药比pH时间温度，而最佳水平组合为A2B2C3D3即:温度为50℃，pH为5，时间为20min，加药比(FeSO4׃H2O2)为1׃3.3。在最佳条件下，鲜红印染废水经处理后色度去除率约为96.4%，COD去除率为86.5%，出水的COD值为21.9mg/L，色度为33倍，废水达到排放标准(标准限值：COD值为100mg/L，色度为50倍)[9]。2.2加药比(FeSO4:H2O2)对去除率的影响从上面的正交实验结果表明，加药比(FeSO4׃H2O2)为1׃3.3，为了更进一步确定最佳加药比，本实验在pH=5，温度为50℃，反应时间为20min的条件下，确定FeSO4的浓度，改变H2O2的浓度，观察Fenton氧化对废水COD和色度的去除率影响，以确定最佳加药摩尔比。在FeSO4的浓度为100mg/L的情况下，改变H2O2的浓度，得到Fenton试剂氧化废水的实验结果见表3和图1。表3加药比对艳红染料废水脱色率的影响Tab.3Impactofthemedicineratioonthescarletdyedecolorizationratiorate加药摩尔比1׃2.71׃2.91׃3.11׃3.31׃3.5色度去除率/%96.196.697.796.596.3图1加药比对艳红染料废水COD去除率影响Tab.1ImpactofthemedicineratioonthescarletdyesewageCODremovalrate从表3中可以看出，开始脱色率随FeSO4/H2O2加药摩尔比增大而提高，且在1׃3.1处达到最大，此后，脱色率随FeSO4/H2O2加药摩尔比增大而降低.这可能是在浓度较低时，H2O2的浓度上升产生羟自由基量增加，故脱色率增大；当H2O2浓度过高时，将Fe2+氧化成Fe3+，而使氧化在Fe3+催化下进行，降低了羟自由基的产生效率，故脱色率有所减小[4]。从图1中可以看出，开始COD去除率随FeSO4/H2O2加药摩尔比增大而提高，且在1׃3.1处去除率达到最大，此后，COD去除率随FeSO4/H2O2加药摩尔比增大而降低.这一实验结果与可能是在浓度较低时，H2O2的浓度上升产生羟自由基量增加，故脱色率增大。H2O2投量过大并不会显著提高去除率，反而会增加处理成本。因此根据染料的不同，H2O2投量应控制在250～350mg/L之间。2.3pH对色度和COD去除的影响从上面的正交实验结果可见，pH为5时废水的色度和COD去除效果为最好，为了进一步确定最佳pH，本实验中在温度为50℃，反应时间为20min，加药摩尔比为1׃3.1的条件下，改变pH，观察废水的COD和色度的去除效果，试验结果见表4和图2。表4pH对废水脱色率的影响Tab.4ImpactofthepHonsewagedecolorizationratiopH44.555.56色度去除率/%95.498.397.495.693.1图2pH对COD去除率的影响比较Fig.2ComparisonoftheimpactsofpHonCODremovalrate(下转第184页)8284868890929402468pHCOD去除率/%8284868890921:2.21:2.81:3.11:3.51:4.0加药摩尔比(FeSO4:H2O2)COD去除率/%广东化工2009年第8期·184·．[6]JinbaiYang，BohumilVolesky．BiosorptionofuraniumonSar—gassumbiomass．WaterResearch，1999，33(15)：3357-3363．[7]TexierAC，AndresY，LecloirecP．Selectingbiosorptionoflanthanide(La，Eu，Yb)ionsbyPseudomonasaernginosa[J]．EnvironmentalScienceandTechnology，1999，33(3)：489-495．[8]吴涓，李清彪，邓旭，等．重金属生物吸附的研究进展[J]．离子交换与吸附，1998，14(2)：180-187．[9]韩润平，石杰，鲍改玲．酵母菌对铅离子的生物吸附研究[J]．河南科学，2000，18(1)：52-55．[10]牛慧，许学书，王