Fenton试剂深度处理印染废水的研究

Posted 2023-01-12 印染

篇首语：积土而为山，积水而为海。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Fenton试剂深度处理印染废水的研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

结合常州市某印染废水处理厂的现有工艺，采用Fenton法对其二沉池出水进行深度处理。结果表明，Fenton试剂对印染废水的深度处理效果较好，在pH值为6.0、H2O2/Fe2+=0.8(物质的量之比)、Fe2+投量为1.0g/L、反应时间为3h的最佳工艺条件下，对COD、TN、NH3-N、TP、色度的去除率分别为84%、27%、46%、75%和83%，出水水质达到了《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/1072—2007)的要求。
印染废水具有成分复杂、难降解有机物含量高、色度高、毒性大等特点。目前印染废水处理厂普遍采用物化/生化二级处理工艺，处理后出水的COD和色度均较高，直接排放会给环境带来危害。随着我国环境保护力度的加大和废水排放标准的提高，必须对印染废水进行深度处理，进一步降低出水中的污染物浓度，这对印染行业的可持续发展有重大的现实意义[2、3]。
常州市某印染废水处理厂采用传统活性污泥法处理印染废水，处理后的出水水质不能达到《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/1072—2007)的要求，必须对其进行深度处理。为此，笔者以该厂二沉池出水为研究对象，考察Fenton试剂对其进行深度处理的最佳工艺参数及处理效果，以期为太湖流域印染废水处理厂的升级改造提供参考。
1.试验材料与方法
1.1原水水质
试验用水为常州市某印染废水处理厂的二沉池出水。水质呈弱碱性、淡黄色，其pH值为8.43，色度为48倍，COD、TN、NH3-N和TP分别为83.2、19.06、0.35和1.13mg/L。
1.2试验方法
取二沉池出水水样若干份，按比例投加H2O2溶液(0.98mol/L)和FeSO4.7H2O，放置在恒温振荡器上反应一段时间后，取上清液进行分析。考察H2O2/Fe2+值(物质的量之比，下同)、Fenton试剂投量、反应时间、pH和曝气对COD去除效果的影响，并确定最佳运行参数。
1.3分析项目及方法
COD：重铬酸钾法；TP：钼锑抗分光光度法；TN：过硫酸钾氧化—紫外分光光度法；NH3-N：纳氏试剂分光光度法；pH：pHS-25型pH计；色度：稀释倍数法。
2.结果与讨论
2.1H2O2/Fe2+值对COD去除效果的影响
在Fe2+浓度分别为0.05和0.1mol/L的条件下，通过改变H2O2的投量来控制不同的H2O2/Fe2+值，考察不同H2O2/Fe2+值对COD去除效果的影响，结果见图1。

由图1可知，当Fe2+浓度分别为0.05和0.1mol/L时，都在H2O2/Fe2+=0.8时对COD的去除率达到最大，分别为84%和63%。Fenton试剂的氧化能力主要取决于.OH，当H2O2投量增加时，反应体系中产生的.OH相应增多，对COD的去除率逐渐上升；但当H2O2过量后，其会与.OH发生反应而相互消耗，虽然反应生成的HO2.(氧化还原电位为1.7V)也是一种氧化剂，但是其氧化能力远远低于.OH(氧化还原电位为2.8V)，再继续增加H2O2投量，对COD的去除率反而会下降。因此，确定最佳H2O2/Fe2+值为0.8。2.2Fenton试剂投量对COD去除效果的影响在H2O2/Fe2+值为0.8的条件下，投加不同量的FeSO4.7H2O和H2O2溶液，考察Fenton试剂投量对COD去除效果的影响，结果见图2。

由图2可知，随Fenton投量的增加，对COD的去除率先上升后下降，其中当Fe2+投量为1.0g/L、H2O2/Fe2+=0.8时，对COD的去除率最大。这是因为当Fenton试剂投量很小时，Fenton体系产生的.OH较少，对有机物的氧化效果不好；随着Fenton试剂投量的增加，产生的.OH相应增加，对有机物的去除效果相应提高；但当Fenton试剂投量过大后，过量的Fe2+会消耗.OH，从而降低对有机物的氧化去除效果，而且当H2O2投量过多时，易发生分解而生成水和氧气，降低其氧化效率。
2.3pH对COD去除效果的影响
试验原水的pH值为8.43，用H2SO4溶液调节pH，在H2O2/Fe2+=0.8、Fe2+投量为1.0g/L的条件下，考察不同pH对COD去除效果的影响。结果表明，随pH的升高，系统对COD的去除率先升后降；当pH值为6时，对COD的去除率最高，为57%。一般认为，Fenton试剂对有机物的氧化主要是通过催化分解产生的.OH来完成的，主要的化学反应式为：

由上述反应式可知，pH升高将抑制.OH的产生，且当pH过高(>7)时，将会生成Fe(OH)3沉淀或铁的复杂络合物，不能产生足够的.OH，导致Fenton试剂的氧化能力降低；而当pH过低(<2)时，又会使式
(2)受阻，Fe3+较难被还原为Fe2+，破坏了Fenton体系链式反应的延续，进而导致对COD去除效果的下降。
2.4反应时间对COD去除效果的影响
在pH=6、H2O2/Fe2+=0.8、Fe2+投加量为1.0g/L的条件下，考察不同的反应时间对COD去除效果的影响，结果见图3。

由图3可知，在前3h内，对COD的去除率随时间的延长而快速增加，反应3h后达到最大值，此后继续延长反应时间，对COD的去除效果变化不大。这是因为，在前期Fenton反应速度较快，随着反应的进行，Fenton试剂逐渐被消耗掉，产生.OH的量和速度都逐渐减少，导致对COD的去除速率逐渐减少，至最终趋于稳定。可见，最佳反应时间为3h。
2.5曝气对COD去除效果的影响
因为Fenton试剂有很强的腐蚀性，为了验证在实际工程中用曝气来进行混合搅拌是否可行，比较了曝气和不曝气时对COD的去除效果。结果表明，曝气搅拌对COD的去除效果影响不大。考虑到Fenton试剂对搅拌设备的腐蚀性和强氧化性，故在实际工程中可以用PVC穿孔曝气管曝气混合来代替机械搅拌。
2.6Fenton试剂对印染废水的深度处理效果
在pH=6、H2O2/Fe2+=0.8、Fe2+投加量为1.0g/L、反应时间为3h的条件下，考察了Fenton试剂对COD、TP、TN、NH3-N和色度的去除效果，结果见表1。

由表1可知，印染废水经Fenton试剂深度处理后，出水水质可达到《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/1072—2007)的要求，对COD、TP、TN、NH3-N和色度的去除率分别为84%、75%、27%、46%和83%，达到了很好的处理效果。3结论在pH值为6、H2O2/Fe2+=0.8、Fe2+投量为1.0g/L、反应时间为3h的条件下，Fenton试剂对印染废水的深度处理效果最佳，出水水质可达到《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/1072—2007)的要求，这对印染废水处理厂的升级改造具有指导作用。另外，曝气搅拌对Fenton反应的影响不大，故在实际工程中可考虑采用曝气搅拌方式来代替机械搅拌，以防止Fenton试剂对机械搅拌设备的腐蚀。