Fenton法处理印染废水

Fenton试剂处理印染废水的工艺参数研究分析

摘要:采用Fenton试剂对活性艳红印染废水进行了处理。通过正交实验考察了反应时间、反应温度、双氧水/硫酸亚铁摩尔比以及pH对印染废水的色度及COD去除率的影响,确定了Fenton试剂处理废水的最佳条件。结果表明,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20 min;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值为4.5。出水达到排放标准。此法具有去除率高,设备简单,占地面小,操作方便,不产生二次污染等优点。

艳红印染废水具有水质、水量和水温变化幅度大,色度和COD值高的特点。混凝沉降处理对疏水性染料、分子量较大的染料具有较好的处理效果,但对分子量小、亲水性好的酸性染料、直接染料和活性染料的处理往往不佳。大多数染料又是生物难降解或生物有毒的,染料的可生化性与其结构关系密切[1]。研究表明,活性艳红染料生物降解性较低,降解率仅为40%左右[2],聚铝混凝效果也较差[3]。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+复合而成的一种氧化能力很强的氧化剂。C.Walling[4]的研究表明:Fenton试剂氧化有机物的反应是通过H2O2和Fe2+,产生羟自由基·OH而进行的自由基反应;由于其具有极强的氧化能力,特别适用于生物难降解的或一般化学氧化难以奏效的有机废水的处理。本文利用Fenton试剂对活性艳红印染废水进行了氧化处理。通过正交实验考察了反应时间、反应温度,双氧水与硫酸亚铁用量摩尔比以及pH对印染废水的色度及COD去除率的影响。探索了最佳处理条件,为该工艺处理实际印染废水提供了科学依据。

1·实验部分

通过正交实验结果表明:温度为50℃,pH为5,时间为20 min,加药比(FeSO4:H2O2)为1:3.3,艳红印染废水经处理后色度去除率约为96.3%,COD去除率为86.2%,出水COD值为22.4mg/L,色度为37倍,废水达到排放标准(标准限值:COD值为100mg/L,色度为50倍)。

1.1加药比(FeSO4:H2O2)对去除率的影响

本实验在pH=5,温度为50℃,反应时间为20 min的条件下,改变加药比,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。(1)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1和图1。

摘要:采用Fenton试剂对活性艳红印染废水进行了处理。通过正交实验考察了反应时间、反应温度、

双氧水/硫酸亚铁摩尔比以及pH对印染废水的色度及COD去除率的影响,确定了Fenton试剂处理废水的最佳条件。结果表明,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20 min;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值为4.5。出水达到排放标准。此法具有去除率高,设备简单,占地面小,操作方便,不产生二次污染等优点。

艳红印染废水具有水质、水量和水温变化幅度大,色度和COD值高的特点。混凝沉降处理对疏水性染料、分子量较大的染料具有较好的处理效果,但对分子量小、亲水性好的酸性染料、直接染料和活性染料的处理往往不佳。大多数染料又是生物难降解或生物有毒的,染料的可生化性与其结构关系密切[1]。研究表明,活性艳红染料生物降解性较低,降解率仅为40%左右[2],聚铝混凝效果也较差[3]。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+复合而成的一种氧化能力很强的氧化剂。C.Walling[4]的研究表明:Fenton试剂氧化有机物的反应是通过H2O2和Fe2+,产生羟自由基·OH而进行的自由基反应;由于其具有极强的氧化能力,特别适用于生物难降解的或一般化学氧化难以奏效的有机废水的处理。本文利用Fenton试剂对活性艳红印染废水进行了氧化处理。通过正交实验考察了反应时间、反应温度,双氧水与硫酸亚铁用量摩尔比以及pH对印染废水的色度及COD去除率的影响。探索了最佳处理条件,为该工艺处理实际印染废水提供了科学依据。

1·实验部分

通过正交实验结果表明:温度为50℃,pH为5,时间为20 min,加药比(FeSO4:H2O2)为1:3.3,艳红印染废水经处理后色度去除率约为96.3%,COD去除率为86.2%,出水COD值为22.4mg/L,色度为37倍,废水达到排放标准(标准限值:COD值为100mg/L,色度为50倍)。

1.1加药比(FeSO4:H2O2)对去除率的影响

本实验在pH=5,温度为50℃,反应时间为20 min的条件下,改变加药比,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。(1)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1和图1。

从表1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。

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。这一实验结果是由于在浓度较低时,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;根据染料的不同,H2O2投量应控制在200~400mg/L之间.

(2)在H2O2浓度为300mg/L的情况下,改变FeSO4的浓度,得到Fenton试剂氧化废水的实验结果见表2和图2。

从表2和图2中可以看出,COD去除率和色度去除率随加药摩尔比的增大而提高,且在1:3.1处达到最大,但是当加药比进一步增大时,COD去除率和脱色率就降低。这可从Fenton试剂的反应机理来说明:FeSO4是催化产生羟自由基的必要条件,在确定H2O2投量后,加入的FeSO4一方面使反应过快地产生羟自由基,尚来不及与染料分子反应就已发生湮灭,使降解效率下降;另一方面过多的FeSO4会被H2O2氧化为Fe3+,消耗了药剂且使出水色度增高,所以FeSO4投加量应严格控制。通过上述实验,可确定出处理该废水的最佳投药摩尔比为1:3.1。

1.2 pH值对色度和COD去除的影响

从正交实验结果得到,pH值为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值,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值,观察废水的COD 和色度的去除效果,试验结果见表3和图3。

从表3和图3中可以看出,pH值对处理效果有重要影响,在实验条件下,最佳pH值为4.5

一般认为Fenton试剂通过催化分解产生羟自由基进攻有机物分子,并使其矿化为H2O和CO2等无机物质,其化学反应式为:

由上述反应可知,pH值升高,将抑制羟自由基的产生,且pH值>6时,FeSO4将形成Fe(OH)3沉淀或铁的复杂络合物,使反应式(1)不能产生足够量的羟自由基,因此Fenton试剂氧化能力较低,废水的脱色率较低;而pH值过低(<2)又会使反应式(2)受阻,Fe3+较难还原为Fe2+,使去除率也有所降低。

1.3废水可生化性试验

用Fenton试剂法处理艳红染料废水,虽然有很高的COD去除率,但处理后还有许多中间污染物,为观察用Fenton试剂法处理过的水样可生化性是否有所提高,本实验作了废水可生化性试验。为了提高实验的精确度,废水可生化性试验中,艳红染料废水的浓度提高到100mg/L,其COD值为360.5mg/L。用3份200mL的水样,均加入FeSO4·7H2O 0.1g和30%H2O2 3mL,均调整水样pH值为4,在50℃,反应20min后,等体积取样混合,加少量氢氧化钠溶液调节水样pH值为7左右,定容到200mL,测定此混合水样的COD值为120.5 mg/L,同时用一个稀释过的原水样(COD值约为120 mg/L,)作对比试验,生化处理方法采用间歇活性污泥法(SBR)。

试验方法如下:把用Fenton试剂处理过的水样和稀释过的水样同时引人两个活性污泥浓度(取自广州市某污水处理厂)一样的曝气池中,曝气2h后静止20min,取上清液分析,测定处理过水样的COD值,计算COD去除率,试验结果见表4。

由表4可见,经Fenton试剂法处理过的艳红染料废水可生化性较未处理的水样有很大提高,COD去除率由58.1%提高到83.6%。如果要达到同样的COD去除率,所需的处理时间也会大大减少。