芬顿法深度处理造纸废水

Posted 2023-01-12 纸

篇首语：拳不离手，曲不离口。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了芬顿法深度处理造纸废水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

利用芬顿(Fenton)法对造纸废水生化出水进行深度处理，考察了废水pH值、反应时间、FeSO4投加量和H2O2投加量对废水中色度和CODCr去除率的影响。结果表明：在pH值为5.00、FeSO4投量为400mg/L、30%H2O2投量为200mg/L，反应时间为30min，出水CODCr可降至60mg/L以下，色度的去除率可达到74%，可以满足更为严格的造纸废水排放标准，为进一步的工程设计提供依据。
1894年，H.J.Fenton发现了采用Fe2+/H2O2体系能氧化多种有机物。1964年加拿大学者H.R.Eisenhaner将Fenton试剂法成功的应用到处理苯酚废水和烷基废水上。近年来，Fenton法成功的用于多种工业废水的处理，日益受到国内外的关注[3-6]。Fenton法处理造纸废水的原理是以H2O2为氧化剂、以亚铁盐为催化剂的均相催化氧化法。反应中产生的羟基自由基(.OH)是一种氧化能力很强的自由基，能氧化废水中的有机物，从而降低废水的色度和COD值[7-8]。该方法不需要特制的反应系统，也不会分解产生新的有害物质。另外，加入的Fe2+和一部分被氧化成的Fe3+都可在中性或碱性环境中水解絮凝，因此可替代混凝作用。利用该方法对难生物降解的造纸废水进行深度处理试验，考察了反应时间、进水pH值、FeSO4投加量和H2O2投加量对色度和CODCr去除效果的影响。
1.试验部分
1.1试剂和废水
试剂：双氧水(30%)、绿矾(七水硫酸亚铁)、氢氧化钠、浓硫酸均为分析纯；试验水质：试验用水取自河南某造纸厂生化出水，水质特征：pH值为6～9，CODCr为110mg/L，色度为100度。1.2试验方法取300mL水样置于500mL烧杯中，用H2SO4或NaOH调节pH值，再向废水中加入一定量的硫酸亚铁和双氧水，迅速混合，反应一段时间后取出，调节其pH值至中性，取上清液进行分析，采用国家标准分析方法测定COD和色度。
1.3处理工艺流程

2.结果与讨论
2.1反应时间与色度、CODCr去除率的关系试验条件：初始CODCr=110mg/L，色度=100倍，pH=5.00，FeSO4投加量=400mg/L，30%H2O2投加量=200mg/L，通过调节停留时间来调节反应时间。试验结果见图1。

由图1可知，在前30min内，CODCr和色度的去除率随反应时间的延长而增加，而30min后，CODCr和色度的去除率趋于平缓。这表明，反应前段时间主要是生成新生态的.OH，反应一段时间随着生成.OH量增多，这时分解破坏一些难分解的有机物占主导地位，反应后期，随着.OH量的减少和难降解物质的减少，CODCr的去除率趋于稳定。
2.2pH值对色度、CODCr去除率的关系试验条件：初始CODCr=110mg/L，色度为100倍，FeSO4投加量为400mg/L，H2O2投加量为200mg/L，通过往造纸废水中加硫酸调节废水的pH值。试验结果见图2。

由图2可知，pH=5时，CODCr和色度的去除效果最好，过高或过低的pH使CODCr和色度的去除效果都有一定的下降。这主要跟Fenton试剂的作用机理有关，H+浓度高，对Fenton反应有抑制作用，影响Fe2+的催化再生及.OH的产生；当pH较高时，不仅抑制了.OH的产生，同时也会使Fe2+和Fe3+生成氢氧化物沉淀而降低或失去催化作用；同时较高的pH值也能使H2O2产生无效分解，降低氧化效率。
2.3FeSO4投加量对色度、CODCr去除率的关系
试验条件：初始CODCr=110mg/L，色度=100倍，pH=5.00，H2O2投加量=200mg/L，投入不同的FeSO4量来调节Fe2+浓度。试验结果见图3。
由图3可知，当催化剂Fe2+浓度较小时，不利于催化反应的充分进行，产生的.OH的量较少，且后续的絮凝沉淀效果也差。Fe2+浓度过高，不仅使反应后的出水色度增大，而且过量的Fe2+会使H2O2分解速度过快，在短时间内使.OH的浓度达到很高，部分.OH来不及与有机物反应便发生了相互间的自由基反应，从而降低了对.OH的利用率。

2.4H2O2投加量对色度、CODCr去除率的关系
试验条件：初始CODCr=110mg/L，色度=100倍，pH=5.00，FeSO4投加量=400mg/L，加入不同的H2O2溶液。试验结果见图4。

由图4可知，随着H2O2用量的增加，色度和CODCr的去除率也随着增加。这是因为Fenton氧化作用主要靠H2O2在Fe2+的催化作用下产生.OH来去除有机物，所以H2O2的投加量直接影响着Fenton的氧化效果。当H2O2投加量继续增加时，CODCr的去除率不仅没增加反而下降，这说明在Fenton氧化过程中，并不是H2O2浓度越高氧化效果越好，相反过量的H2O2会残留在溶液中，而H2O2在CODCr的测量中可被重铬酸钾氧化，从而在一定程度上增加了出水的CODCr值。在H2O2过量的情况下，大量的Fe2+会在一开始就被氧化成Fe3+，消耗了H2O2的同时又抑制了.OH的产生。
3.结语
(1)采用Fenton法对某造纸厂生化出水进行深度处理，在反应时间为30min、pH值为5.00、FeSO4投加量为400mg/L、H2O2投加量为200mg/L的条件下，色度和COD去除率分别达约74%和52%。
(2)本试验对造纸废水生化出水进行深度处理，在最佳的操作条件下，出水CODCr为60mg/L以下，出水清澈，达到排放标准，并且该法操作简单，成本不高，是一种很有推广价值的处理技术。