Fenton氧化混凝法处理印染废水的实验研究陈文松

2010InternationalConferenceonRemoteSensing(ICRS)978-1-4244-8729-5/10/$26.00©2010IEEEICRS2010Astudyonfentonoxidation/coagulationprocessfortreatmentofprintinganddyeingwastewaterChenWen-songFacultyofEnvironmentalScienceandEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,510006,[e-mail]-shiFacultyofEnvironmentalScienceandEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,510006,[e-mail]—Treatmentof3kindsofsimulatedwastewatercontainingdifferentdyesandactualprintinganddyeingwastewaterbyFentonoxidation—coagulationprocesswasstudied.TheresultsshowedthattreatmentofdyewastewaterwithcomplicatedcompositionbyFentonoxidation—coagulationprocesswasveryeffective.TheeffectofFentonoxidation—coagulationprocesswasgreatlyaffectedbypHvalue.ThesuitablepHvalueis4-6.ThesuitableamountofFe2+,H2O2andPAMdependsonconcentrationofthepollutant.Itshouldbedeterminedbyexperimentbeforetreatmentofwastewater.TheresultsoftreatmentofactualprintinganddyeingwastewaterweresatisfiedandtheremovalratesofCODCrandchromaticitywere84%and95%respectively.Itisgoodeffect,lowcostandsimplyoperationtotreatprintinganddyeingwastewaterbyFentonoxidation—coagulationprocess.Thereforeitisworthspreading.Keywords-Fenton’sreagent;coagulation;Fentonoxidation—coagulationprocess;printinganddyeingwastewaterFenton氧化/混凝法处理印染废水的实验研究陈文松1，林华实2广东工业大学环境科学与工程学院，广州，中国，[e-mail],[e-mail]【摘要】研究了低剂量Fenton氧化—混凝法对3种不同模拟水样和实际印染废水的处理效果。结果表明，Fenton氧化—混凝法特别适合于处理成分复杂（同时含有亲水性和疏水性染料）的染料废水。pH值对Fenton氧化—混凝法的处理效果影响重大，适宜的pH值为4-6。Fe2+、H2O2及PAM的加入量与污染物浓度有关，处理前需通过实验确定。实际印染废水的处理结果令人满意，CODCr和色度的去除率分别达到84%和95%。Fenton氧化—混凝法处理印染废水效果好，成本低，操作简便，值得推广。【关键词】Fenton试剂；混凝；Fenton氧化—混凝法；印染废水1引言近年来，随着人们生活水平的提高和对美的不断追求，纺织品的产量和质量有了大幅度的提高，染料正朝着抗光解、抗氧化和抗生物降解的方向发展，所有这些都导致了印染废水的治理越来越难。如何加强对印染废水的有效处理，已成为国内外环保界急需解决的课题之一。目前，印染废水处理方法常见的有物理法、化学法和生化法。由于印染废水具有色度高，组成成分复杂，化学需氧量（COD）高而生化需氧量（BOD5）相对较低，可生化性差的特点，一般而言，采用以上单一的处理方法往往难以达到理想的效果[1-2]。如物理法中的活性碳吸附能有效去除水中的溶解性有机物，对水溶性染料的脱色效果很好，但不能去除水中的胶体和疏水性染料。化学法中的化学混凝对疏水性染料有效，但对水溶性染料收效甚微；化学氧化法对水溶性染料有效，但对疏水性染料无效，且处理成本高。以往得到广泛应用的生物法也由于新型助剂、染料、整理剂等难生物降解有机物在印染行业的大量使用而失去往日的辉煌。已有的研究表明，Fenton试剂氧化法47对水溶性染料的处理效果很好[3-4]，而且，低剂量的Fenton反应能降低有机物的水溶性，有助于混凝[5-6]；而混凝法对疏水性染料的处理效果极佳。因此，本文将采用低剂量Fenton氧化—混凝法对印染废水的处理效果进行探讨，以期为成分复杂多变的难处理印染废水的处理技术提供新途径。2实验材料与方法2.1实验条件试剂：双氧水（30%，分析纯）；七水硫酸亚铁（分析纯），使用时用蒸馏水配成5%水溶液；聚丙稀酰胺（分析纯），平均分子量1500—2000万，使用时用蒸馏水配成2‰水溶液。废水水样：模拟水样：分别由直接黄、活性艳橙以及由分散橙和活性艳橙按1：1混合加自来水配成，共三种，浓度均为200mg/L。实际废水取自广州美业针织印染厂有限公司，主要含酸性染料、活性染料、直接染料、元明粉、表面活性剂和草酸等，呈紫红色，pH为9，色度为800，CODCr为565mg/L。仪器：50mL具塞比色管一套；微波密封消解COD快速测定仪一套。2.2实验方法取150mL水样于250mL烧杯中，试验pH值，硫酸亚铁、双氧水和聚丙稀酰胺加入量等因素对色度、CODCr去除效果的影响，探讨Fenton氧化—混凝法的适宜处理对象及其最佳处理工艺参数。分析方法：COD采用重铬酸钾法，色度采用稀释倍数法。3实验结果与分析3.1H2O2加入量对处理效果的影响经初步试验，确定水样pH为5，FeSO4．7H2O的加入量为150mg/L，PAM的加入量为1.25mg/L，反应时间为40min。试验H2O2加入量（以30%H2O2溶液计）对不同水样的色度和CODCr的去除效果。实验结果表明经Fenton—混凝法处理后，不同水样都能获得很好的处理效果，只是对于活性染料，处理后的絮团比直接染料和混合染料的小，沉降速度慢。这是因为水溶性染料水样中原来不存在胶体和悬浮颗粒，经Fenton—混凝法处理后，Fenton试剂使水中的水溶性污染物氧化聚合，形成可通过混凝除去的聚合产物[5]，絮团便是由这些聚合产物经凝聚、絮凝形成的，因此，与同时含有疏水和亲水染料废水相比，显得细小，不易下沉。从试验结果看，H2O2的适宜加入量为1ml/L。3.2FeSO4．7H2O加入量对处理效果的影响根据以上试验结果，取H2O2的加入量为1mL/L，其余同上，试验FeSO4．7H2O加入量对不同模拟水样的处理效果。实验结果表明FeSO4．7H2O的加入量达到150mg/L后，三种水样的处理效果都很好，但是，当FeSO4．7H2O的加入量增至350mg/L时，水样出现浑浊现象，色度和CODCr的去除率降低，说明FeSO4．7H2O过量，所以FeSO4．7H2O的适宜加入量为150-300mg/L之间。三种水样的处理效果类似，只是活性染料废水的絮团细小很多，原因同前。3.3pH值对处理效果的影响根据以上试验结果，取H2O2加入量为1mL/L，FeSO4．7H2O加入量为150mg/L，其余同上，试验pH值对不同水样的处理效果，试验结果见图1和图2。试验结果表明，pH值对不同水样的影响都很明显，而且对不同水样的影响不尽相同，对于亲水性染料（活性染料）废水，pH低至1-2时，色度、CODCr的去除率较高，且水样无絮团沉淀；pH值在3-6之间时，色度、CODCr的去除率最高；pH值大于7时，处理效果最差。这是因为Fenton反应与混凝反应的适宜pH值不同，pH值低时，有利于Fenton反应进行，但对混凝反应不利，故无絮团。此时之所以色度、CODCr的去除率不太高，是因为Fenton试剂的加入量不足所致。pH值在3-6之间时，Fenton反应和混凝反应都能进行，尽管此时氧化剂剂量不足，但低剂量的Fenton试剂能使废水中的有机污染物发生聚合，形成分子量不太大的聚合产物，从而改变它们在水中的溶解性能及混凝沉降性能[5,6]，而且由于Fe++兼有凝聚作用，所以，当pH为3-6时，低剂量的Fenton氧化和混凝联合起作用，使废水的色度、CODCr去除率达到最高，但与处理同时含有亲水性染料和疏水性染料的废水相比，絮团显得细小，沉速慢。当pH值大于7时，Fenton氧化基本停止，未能使废水中的水溶性污染物发生氧化聚合，因而未能改变它们在水中的溶解性能及混凝沉降性能，这时，虽有絮团沉降，但絮团主要是硫酸亚铁和聚丙稀酰胺本身，废水的色度和CODCr去除率极低。对于含有疏水性染料的废水，pH为1-3时，处理效果差，pH值越低，效果越差。这是因为这时混凝反应不48起作用，而Fenton反应一方面是剂量低，另一方面Fenton反应对疏水性污染物的去除率效果差，所以废水的色度和CODCr的去除率低。当pH为4-6时，低剂量的Fenton反应使废水中的水溶性污染物氧化或氧化聚合成可通过混凝除去的聚合产物，而混凝反应则能有效去除废水中的疏水性污染物和氧化聚合产物，因此，对于同时含有疏水性染料和亲水性染料的染料废水，通过Fenton氧化—混凝法联合处理，色度、CODCr的去除率高，效果好，且絮团大，沉速快。当pH值大于7时，Fenton氧化基本停止，而混凝反应只能去除废水中的疏水性污染物，因此，色度和CODCr的去除率都不高。从混合染料的处理效果清楚地看到，当pH＞8时，处理后，分散橙得到有效去除，而澄清液与活性艳橙染料废水没有区别。说明混凝只能去除废水中的疏水性污染物，而对亲水性污染物的作用甚微。Figure1.EffectofpHonthecolorremovalrate图1.pH值对色度去除的影响Figure2.EffectofpHontheCODremovalrate图2.pH值对COD去除的影响从以上的分析可见，成分复杂（同时含有疏水性和亲水性染料）的染料废水，单一的Fenton氧化或化学混凝都未能获得理想的处理效果，而低剂量Fenton氧化--混凝法处理效果很好，且与深度氧化相比，可节省氧化剂用量。对于亲水性染料废水，化学混凝的作用甚微，Fenton氧化效果较好，但氧化剂量必须足够，这样一来处理成本往往太高，而低剂量Fenton氧化—混凝法处理效果不错，但混凝沉淀速度太慢，实际应用也受到限制。实际上，实际印染废水成分不可能那么单一，绝大多数既含有亲水性污染物又含有疏水性污染物，所以，特别适合采用低剂量Fenton氧化—混凝法进行处理。3.4PAM加入量对处理效果的影响取pH值为5，H2O2加入量为1mL/L，FeSO4．7H2O的加入量为150mg/L，试验PAM加入量对不同水样的处理效果。PAM的主要作用是吸附架桥，使絮团增大，加快絮团沉降速度。从试验结果可见，当PAM的加入量为0.75-1.75mg/L时，色度和CODCr都达到较高的去除率，进一步增加PAM加入量，虽然色度不受影响，但CODCr的去除率必将降低，而且过量的PAM还将产生毒性，又增加处理成本，所以，合适的PAM加入量以0.75-1.75mg/L为宜。3.5Fenton氧化—混