Fenton試劑預處理堿性印染廢水

張 濤 ，周元祥，唐玉根，劉 專 ，張 樂

（1.合肥工業大學 資 源與環境工程學院，安徽 合 肥230009；2.安徽宜源環保科技股份有限公司，安徽 安 慶246000）

1 引言

目前，印染染料幾乎都是人工合成的，且具有抗光解、氧化和生物降解等特性，導致印染廢水成分復雜且難以生化降解。資料表明，紡織印染廢水以排放量大、色度深、有機污染物含量高而位居我國各工業廢水排放的前5位，是名副其實的廢水排放大戶。據不完全統計，我國的紡織印染廢水占全國紡織廢水排放量的80%，耗水量達95.48億t／a，新鮮水用量居全國各行業第2位［1，2］。因此，探討紡織印染廢水的處理技術具有重要且現實的意義。Fenton試劑氧化法適用于處理一般氧化劑難以氧化及難生物降解的廢水，已在廢水處理領域受到越來越廣泛的關注［3～5］。

Fenton氧化技術反應條件溫和、對設備要求低、操作工藝簡單、COD和色度去除率較高，能氧化絕大部分可溶性染料，是一種有潛力的染料廢水處理技術。Fenton試劑是由H2O2和Fe2＋在酸性條件下復合而成的一種氧化能力很強的氧化劑。C.Walling［6］的研究表明：Fenton試劑氧化有機物的反應是通過H2O2和Fe2＋，產生羥基自由基而進行的自由基反應；由于其具有極強的氧化能力，特別適用于生物難降解的或一般化學氧化難以奏效的有機廢水的處理。

本文采用Fenton試劑氧化原水，調節廢水pH法預處理堿性廢水，考察了pH、n（H2O2）：n（Fe2＋）、FeSO4·7H2O的加入量和反應時間對COD和色度去除效果的影響，探索了最佳處理條件，為該工藝處理實際印染廢水提供了科學依據。

2 實驗部分

2.1 廢水水質

實驗廢水取自安慶市某紡織工業園印染廢水處理廠調節池出水，水質呈深黑色，原水pH為9.25～10.72，COD為912～1 500 mg／L，色度為800～1 100。

2.2 試劑及儀器

H2O2：質量分數30%，分析純。FeSO4.7H2O：分析純。

H2SO4：質量分數98%，分析純。

NaOH：分析純。

PHS－3C型pH計：上海精密科學儀器有限公司。CJJ－931型六聯磁力攪拌器：金壇市金城國盛實驗儀器廠。AB104－N型分析天平：上海精密科學儀器有限公司。

2.3 實驗方法

取廢水水樣6份，每份500 m L，用硫酸和氫氧化鈉調節廢水pH至所需值，再加入一定量的七水合硫酸亞鐵和雙氧水，經攪拌反應一段時間后，用氫氧化鈉調節pH值至10左右以終止反應。靜沉后，取上清液測定水樣的COD及色度。

2.4 分析方法

COD：重鉻酸鉀法；色度：稀釋倍數法

3 結果與討論

3.1 pH值對COD及色度去除效果的影響

實驗原水的pH值為9.72、COD為1 326 mg／L、色度是987。用H2SO4和NaOH調節廢水的pH值至所需值，在n（H2O2）：n（Fe2＋）＝2、FeSO4·7 H2O的投加量為2.722 g、反應時間為30 min的條件下，不同pH對COD和色度去除效果的影響見圖1。

從圖1中可以看出，隨著pH值的升高，系統對COD及色度的去除效果先上升后下降；當pH值為4左右時，對COD及色度的去除效果最好，去除率分別為65.73%和97%。一般認為，Fenton試劑對污染物的氧化反應主要是通過催化分解產生的·OH來完成的，其主要的化學反應式為：

由上述反應式可知，pH值的升高將抑制·OH的生成，且當pH值過高（＞7）時，體系中將會生成Fe（OH）3沉淀或鐵的復雜絡合物，不能產生足夠多的·OH，因此會導致Fenton試劑的氧化能力有所降低；而當pH值過低（＜2）時，又會使式（2）受阻，Fe3＋較難被還原為Fe2＋，破壞了Fenton體系鏈式反應的延續性，進而導致對COD及色度的去除效果有所下降［7］。故本實驗的最佳pH值是4。

3.2 n（H2 O2）∶n（Fe2＋）對 COD 及色度去除效果的影響

實驗原水的pH值為10.23、COD為946 mg／L、色度是837。用H2SO4和NaOH調節廢水的pH值達到4.0左右，在H2O2的加入量為2 m L、反應時間為30 min的條件下，n（H2O2）∶n（Fe2＋）對COD及色度去除效果的影響見圖2。

圖2 n（H 2 O2）∶n（Fe2＋）對COD及色度去除效果的影響

從圖2可知，當n（H2O2）∶n（Fe2＋）＞3時，體系中產生羥基自由基的數量較少，Fenton試劑氧化反應速率比較慢，COD去除率較低，色度去除率較高；隨著n（H2O2）∶n（Fe2＋）減小，Fenton試劑氧化反應速率逐漸加快，COD及色度去除率相應的增加；當n（H2O2）∶n（Fe2＋）＝3時，COD及色度去除效果最好，去除率分別是70.92%及98%；當n（H2O2）∶n（Fe2＋）繼續減小時，則COD及色度去除率反而有所下降。一方面是由于在Fenton試劑氧化反應過程中，由于Fe2＋的大量存在使得·OH產生過快，來不及與有機物反應就已經湮滅。另一方面過多的Fe2＋會不斷地消耗部分自由基，使羥基自由基的量有所減少，故COD及色度去除率相應的會降低。本實驗最佳n（H2O2）∶n（Fe2＋）＝3。

3.3 Fenton試劑投加量對COD及色度去除效果的影響

實驗原水的pH值為9.35、COD為1 023 mg／L、色度是837。用H2SO4和NaOH調節廢水的pH值達到4.0左右，在n（H2O2）∶n（Fe2＋）＝3，反應時間為30 min的條件下，FeSO4·7 H2O的加入量對COD及色度去除效果的影響見圖3。

圖3 Fenton試劑投加量對COD及色度去除效果的影響

從圖3可知，隨著FeSO4·7H2O加入量的增加，COD的去除率先大幅度的升高后趨于平緩，色度的去除率增加的緩慢；當FeSO4·7 H2O的加入量超過1.814 g時，COD及色度去除率增加趨緩。因為當FeSO4·7 H2O加入量很小時，反應體系中產生的·OH的數量較少，對有機物的氧化效果不好；隨著FeSO4·7 H2O加入量的增加，體系中產生的·OH的數量有所增加，對有機物的去除率有所提高［8］；當FeSO4·7 H2O加入量由0.9074 g升高到1.8148 g時，COD的去除率有顯著的提高，色度的去除率有比較小的提高，這是由于Fenton試劑氧化反應后水中產生了較多的Fe3＋，會對廢水中的污染物產生絮凝作用，從而再去除一部分COD及色度；但當Fenton試劑繼續增加時，其對COD的去除效果沒有出現大幅度的提高，有以下幾個原因：（1）由于過量的Fe2＋會消耗·OH，從而降低對污染物的氧化去除效果。（2）當H2O2投加量過多時，易發生分解而生成水和氧氣，降低其氧化效率。（3）此時，廢水中親水性的有機物已經被處理的出不多了，剩下的大多是疏水性的有機物，而Fenton試劑對疏水性的有機物去除效果不是很理想。而且FeSO4·7 H2O加入量過大會增加處理成本，還會產生大量的污泥。因此，適宜的FeSO4·7H2O的加入量為1.8148 g。

3.4 反應時間對COD及色度去除效果的影響

實驗原水的pH值為9.67、COD為971 mg／L、色度是885。用H2SO4和NaOH調節廢水的pH值達到4.0左右，在n（H2O2）∶n（Fe2＋）＝3，FeSO4·7H2O加入量為1.8148 g的條件下，反應時間對COD及色度去除率的影響見圖4。

從圖4可知，在反應前30 min內，COD去除效果隨反應時間的延長而快速提高，色度的去除效果比較穩定，增加的很緩慢；反應時間30 min時，COD及色度的去除率分別為70.93%和98%；繼續延長反應時間，COD及色度去除率增加的幅度很小，基本保持不變；這是由于，在Fenton試劑反應前期，反應速率較快，隨著反應的不斷進行，Fenton試劑不斷的被消耗，產生·OH的數量逐漸減少，對COD及色度去除率逐漸趨于穩定［9，10］。出于時間成本的考慮，本實驗最佳反應時間是30 min。

圖4 反應時間對COD及色度去除效果的影響

4 結論

采用Fenton試劑預處理堿性印染廢水，在原水COD及色度分別為1 326 mg／L和987時，調節原水pH為4、FeSO4·7H2O的加藥量是1.8148 g、n（H2O2）∶n（Fe2＋）＝3，反應時間為30 min的最佳條件下，COD及色度去除效果最好，去除率分別為71.54%和98%。此時COD及色度的去除率分別為71.54%和98%。

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