Fenton试剂预处理综合印染废水的实验研究

谈旭辉，徐乐中

（苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏苏州215011）

Fenton试剂预处理综合印染废水的实验研究

谈旭辉，徐乐中

（苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏苏州215011）

采用Fenton试剂预处理综合印染废水，改善其可生化性.结果表明，各影响因素的显著性大小顺序是n(H2O2)/n(Fe2+)>H2O2投加量>反应时间>起始pH值；当n(H2O2)/n(Fe2+)为5~10、H2O2投加量在1.3~2.5mmol/L、Fenton反应时间为20~30min、起始pH为3~5时，COD去除率能稳定在40%以下，而B/C能稳定在0.3以上.

Fenton试剂；预处理；综合印染废水

综合印染废水中含有大量难生物降解的大分子有机物，这使得廉价方便的生物法对它难以奏效.而Fenton试剂能够利用其反应中间产物·OH降解印染废水中难生物降解有机物，将其氧化成易于生物降解的小分子物质，甚至是CO2和H2O.单独使用Fenton试剂可以快捷、方便地处理印染废水，但Fenton试剂的处理成本过高——这一点制约了其在实际生产中的应用.因此，本研究采用Fenton试剂对印染废水进行预处理，以提高其可生化性.

1 原水水质和研究方法

试验原水取自甪直污水处理厂二期进水，其水质如下：

表1 试验进水指标

取3L原水，用98%浓H2SO4调节pH值至酸性范围内某定值，加入一定量的FeSO4·7H2O，再加入30%双氧水，反应一定时间后，取适量出水，用2mol/LNaOH溶液调节pH值至碱性，搅拌均匀，静沉30分钟，取上清液测定BOD5、CODcr.

2 结果与讨论

2.1 正交试验

正交试验选取四个影响因素，它们是反应时间、起始pH、双氧水投加量、H2O2/Fe2+，每个因素选取三个水平，不考虑因素间的相互影响，将四个因素的三水平设置为如表2所示，正交表选用可容纳四因素三水平的L9(34).其他试验条件：温度为常温，投加方式为单次投加，持续搅拌，进水COD为380.9mg/L.试验数据极差分析见表3.

表2 正交试验设计

表3 正交试验数据极差分析表

从表3可以看出，影响最为显著的因素是H2O2/Fe2+，极差有26.28%，H2O2投加量次之，其显著性大小顺序为n(H2O2)/n(Fe2+)>H2O2投加量>反应时间>起始pH值.

从实验结果来看，当双氧水投加量为1mol/L时，除5号样（此时H2O2/Fe2+为20，Fe2+投加量很少，为0.05mmol）外，3号样和7号样的去除率在相同反应时间的一组样中都并不是最低的，原因是其n(H2O2)/n(Fe2+)为1或5，所以溶液中Fe2+浓度仍然可以有比较好的催化作用，能保证一定的处理效果；而当n(H2O2)/n(Fe2+)为20时，即1、5、9号样皆为相同反应时间的一组样中去除率最低的样.从这方面考虑，也能看出n(H2O2)/n(Fe2+)在Fenton反应中的重要性.

Fenton反应式为Fe2++H2O2→Fe3++OH-+HO·.可以看出，反应过程中Fe2+浓度太低，不利于反应向右进行，导致HO?生成量很少，对废水的处理效果也就不好.由此也可以看出n(H2O2)/n(Fe2+)是非常重要的影响因素.

2.2 单因素试验

为了减小误差，单因素试验采用5L的烧杯，加原水3L，原水水质与正交试验相同.

2.2.1 n(H2O2)/n(Fe2+)单因素影响规律

在常温条件下，控制反应时间为30min，起始pH为3.9~4.1，30%H2O2投加量为3.4mL，即10mmol/L，取水平20、15、10、5、1、0.5，得到n(H2O2)/n(Fe2+)对COD去除率的影响规律如图1，对B/C的影响见图2.

图1 n(H2O2)/n(Fe2+)对COD去除率的影响

图2 n(H2O2)/n(Fe2+)对B/C去除率的影响

由图1、图2可以看出，随着n(H2O2)/n(Fe2+)从20降到0.5，COD去除率和B/C的变化规律几乎一致，即当n(H2O2)/n(Fe2+)为20和15时，两者都很低；而从15降到10，两个指标有较大的提高，此后B/C的提高并不是很明显；而n(H2O2)/n(Fe2+)从5降到1的过程中，COD去除率又跃至77.82%，而此时B/C比也是最高的，达到0.42；当n(H2O2)/n(Fe2+)<1时，COD去除率和B/C均显著降低.

当n(H2O2)/n(Fe2+)>10时，Fe2+浓度太低，对H2O2的催化作用很弱，除了依靠双氧水的氧化作用分解掉一些有机物外，B/C比几乎没有改变；当1

2.2.2 H2O2投加量单因素影响规律

在常温条件下，控制反应时间为30min，起始pH为3.9~4.1，n(H2O2)/n(Fe2+)为1，H2O2投加量，取水平20、15、10、5、2.5、1.3、0.5mmol/L，得到H2O2投加量对COD去除率的影响规律如图3，对B/C的影响见图4.

图3 H2O2投加量对COD去除率的影响

图4 H2O2投加量对B/C的影响

从图3和4中可以看出，双氧水投加量从0.5mmol/L增加到2.5mmol/L时，COD去除率从-15.36%提高到52.15%，而之后双氧水投加量增加到5mmol/L时，COD去除率达到58.16%，之后随着双氧水投加量的增加，COD去除率没有明显提高；而双氧水投加量超过1.3mmol/L,时，处理出水的B/C都在0.3以上，特别是在双氧水投加量为10mmol/L时，B/C超过0.4.

因此，综合考虑，双氧水投加量在1.3mmol/L和2.5mmol/L之间时，不仅COD去除效果好，而且可以提高废水的可生化性.

2.2.3 反应时间单因素影响规律

在常温条件下，控制起始pH为3.9~4.1，n(H2O2)/n(Fe2+)为1，H2O2投加量为3.4mL，取反应时间水平：10min、20min、30min、60min、90min、120min，得到n反应时间对COD去除率的影响规律如图5，对B/C的影响见图6.

图5 反应时间对COD去除率的影响

图6 反应时间对B/C的影响

由图5可以看出，10min左右时，COD几乎没有被去除，20min左右时COD去除率有明显提高，而反应时间超过30min，COD去除率几乎没有明显变化.由图6很难看出反应时间对B/C的影响规律，但有一个共同点，那就是在本实验条件下，经过Fenton试剂处理过的水样，其B/C都得到了较大的提升，基本上能超过0.3.兼顾低COD去除率和高B/C，本研究认为，反应时间为20min到30min时，处理效果较好.

2.2.4 起始pH单因素影响规律

在常温条件下，控制反应时间为30min，n(H2O2)/n(Fe2+)为1，H2O2投加量为3.4mL，取起始pH水平为7、6、5、4、3，得到起始pH对COD去除率的影响规律如图7，对B/C的影响见图8.

图7 起始pH对COD去除率的影响

图8 起始pH对B/C的影响

由图7可以看出，当起始pH为3~5时，COD去除率在63%左右，而起始pH为6和7时，COD去除率分别为55.42%和47.98%，这与程丽华等的相关研究成果极为相似，即起始pH为3~5时，Fenton反应中·OH的生成速率最高[7].而?OH的高生成速率也使反应的COD去除率较高，并且图8中也可以看出，出水B/C也随着起始pH的升高而降低.因此本研究认为起始pH为3~5时，处理效果较好.

3 结论

Fenton试剂预处理印染废水，可以显著提高B/C，即使在COD去除率不高的情况下.Fenton试剂四个主要影响因素的最佳水平范围分别为：n(H2O2)/n(Fe2+)为5~10、双氧水投加量1.3~2.5mmol/L、反应时间为20~30min、起始pH为3~5时，COD去除率能稳定在40%左右，而B/C能稳定在0.3以上.

〔1〕贾胜娟，杨春风，赵东胜.Fenton氧化技术在废水处理中的研究与应用进展[J].工业水处理，2008，28(10)：5-8.

〔2〕史红香，胡晓敏.Fenton试剂氧化处理印染废水的实验研究[J].工业水处理，2006，35(4)：202-204.

〔3〕刘冬莲，黄艳斌._OH的形成机理及在水处理中的应用[J].环境科学与技术，2003，26(1)：44-46.

〔4〕左晨燕，何苗，等.Fenton氧化/混凝协同处理焦化废水生物出水的研究[J].环境科学，2006，27(11)：2201-2205.

〔5〕吴敏，吴云涛，杨健.蒽醌染整废水的混凝沉淀-Fenton催化氧化处理[J].中国给水排水，2007，23(1)：101-104.

〔6〕张乃东，吕明，孟祥斌.Fenton体系中COD的测定[J].哈尔滨商业大学学报，2001，17(2)：27-28.

〔7〕程丽华，黄君礼，倪福祥.Fenton试剂生成_OH的动力学研究[J].环境污染治理技术与设备，2003，4(5)：12-14，33.

X703.5

A

1673-260X（2011）01-0014-03

国家水体污染控制与治理科技重大专项课题(2008ZX07313-006)