催化鐵內電解法預處理苯酚廢水的試驗研究

2015-07-16 06:37:58耿世洲

中國新技術新產品 2015年10期

張曼耿世洲

（武漢中科水生環境工程股份有限公司，湖北武漢 430064）

催化鐵內電解法預處理苯酚廢水的試驗研究

張曼耿世洲

（武漢中科水生環境工程股份有限公司，湖北武漢 430064）

摘要：以Fe投加量、鐵銅比、pH值為考察因素，通過單因素和正交試驗，確定各因素對實驗結果影響的主次順序為：pH值>Fe投加量> 鐵銅比；最優因素組合為：Fe投加量為250g/L，鐵銅比為6：1，pH值為3。

關鍵詞：苯酚廢水；內電解；鐵銅比；正交試驗

含酚廢水來源廣、危害大、治理難度高，是目前水污染控制中重點解決的有害廢水之一。在含酚廢水常用的處理方法中，萃取法、吸附法操作簡單，處理效率高，但是有產生二次污染、再生困難等問題；高級氧化法簡單、快速，但是處理成本昂貴。

催化鐵內電解技術是一項操作管理簡單、能耗低的環境友好型污染治理工藝，作為一種預處理方法其可以明顯改善廢水的可生化性，顯示其在難降解有機廢水處理中的發展潛力。

1 催化鐵內電解工藝的降解機理

催化鐵內電解降解有機物最基本的原理是電極腐蝕，即陽極鐵逐漸消耗的過程。鑄鐵是鐵和碳的合金，成分中除了純鐵還包括Fe3C及其它一些雜質。雜質成分形成微小顆粒散布在鑄鐵內部，當處于電解質溶液中時，因為其擁有和鐵不同的電極電勢，會形成無數個微小原電池，鐵逐漸被消耗。當鐵屑和銅相接觸時，又可以構成宏觀原電池。基本電極反應如下：

陽極：Fe→Fe2++2e， E（Fe2+/ Fe）=-0.44V

陰極：

酸性溶液 2H++2e→2[H] →H2， E （H+/ H2）=0V

酸性充氧溶液 O2+4H++4e→2H2O，E（O2/ H2O） =1.23V

中性或堿性溶液：

O2+2H2O+4e→4OH-， E（O2/ OH-）=0.40V

此外，還包括還原作用、鐵離子的絮凝作用、鐵鹽沉淀作用等。

2 試驗部分

2.1 試驗材料

苯酚模擬廢水：稱取苯酚0.2g溶于蒸餾水，定量轉移至1000mL容量瓶中，苯酚濃度為200mg/L。

鐵屑：車床加工廢料。

銅條：市售，純度達到99.9%以上。

2.2 測定指標和分析方法

測定指標為苯酚，采用4-氨基安替比林分光光度法。

2.3 實驗儀器

電子天平；pH計；分光光度計

2.4 試驗過程

（1）稱取一定重量的鐵屑和銅條，置于250mL廣口錐形瓶內，混合均勻。

（2）向錐形瓶內加入200ml苯酚廢水。

（3）將錐形瓶放入搖床，以100r/min常溫下反應90min。

（4）反應結束后，調節溶液pH值到9以上，靜置，取上清液測定苯酚濃度.

3 結果和分析3.1單因素試驗3.1.1 Fe投加量對去除效果的影響

設置鐵銅質量比為4：1，保持原水pH不變（200mg/L的苯酚廢水的pH值為6.5左右），鐵屑加入量依次為5g，10g，20g，30g，40g，50g。實驗結果如圖1所示。

圖1鐵屑投加量對苯酚去除率的影響

圖2鐵銅質量比對苯酚去除率的影響

圖3 pH值對去除效果的影響

圖1表明，苯酚去除率隨著Fe投加量的增加而增大。這是因為Fe投加量的增多使得體系中Fe2+增多，從而使原電池數目相應的增加，苯酚去除效果也逐漸變好。隨著Fe加入量的增大，苯酚去除效率增加的趨勢變緩。綜合經濟因素的考慮，適宜的Fe加入量取40g，即200g/L。

3.1.2 鐵銅比對去除效果的影響

設置Fe投加量為40g，變量因素鐵銅比通過改變Cu的用量來體現，鐵銅比的取值依次為 2∶1，4∶1，6∶1，8∶1，10∶1，15∶1。結果如圖2所示。

圖2顯示，隨著鐵銅比的增大，苯酚去除率先升高后降低。這是因為在鐵銅比較小時，Fe的含量相對較少，體系中原電池數目較少；鐵銅比的增大增加了Fe和Cu的接觸面積，體系中原電池的數目增多，苯酚去除率隨之增大；但是當鐵銅比達到一定值以后再增大，苯酚去除率反而降低，因為此時Cu的量較少，體系中原電池數量不足。最佳鐵銅比值為6∶1。

3.1.3 pH值對去除效果的影響設置Fe投加量為40g，鐵銅比為6∶1，水樣的pH值依次為3，5，7，9，11，13。實驗結果如圖3所示。從圖3看出，隨著pH的升高苯酚去除率逐漸降低。這是因為pH越低，鐵銅形成的原電池電極電位越高，電極反應越容易進行；陽極Fe的溶出速度加快，更多的Fe2+不斷補充到體系中；同時酸性越強，Fe與H+越易發生置換反應，生成更多的新生態[H]，增強系統的還原能力。綜合以上原因，確定在pH為3時反應進行的最為順利。

3.2 正交試驗

以Fe投加量、鐵銅比

及pH值為考察因素，以苯酚去除率為指標，作三因素三水平正交表，見表1。

在表2中，由于RC> RA> RB，所以各因素對實驗結果影響的主次順序為：pH 值>Fe投加量> 鐵銅比；對于Fe投加量這一因素來說，因為K3> K2> K1，所以第3水平為最優；同理，因素B的最佳水平為第2水平，因素C為第1水平。因而本試驗最優水平組合為A3B2C1。

4 結論

通過研究分析得出：

（1）在給定的水平下，三種因素對Fenton反應處理苯酚廢水影響的主次順序為：pH值>Fe投加量> 鐵銅比。

（2）正交試驗得出最佳因素組合為：Fe投加量為250g/L，鐵銅比為6：1，pH值為3。