Fenton氧化技术处理印染废水的试验研究

李 勇，朱素芳，郑定成

(1．广东省环境保护工程研究设计院，广东 广州 510635;2．佛山市环境监测中心站，广东 佛山 52800;3．河源职业技术学院，广东 河源 517000)

近年来．随着染料制造业和印染工业的迅速发展，染料的品种和数量不断增加，致使每年都要向水环境排放大量印染废水。印染废水有机物含量高、色度深、难降解，是难处理的工业废水，其常用的处理方法有化学法、物理法和生物处理法［1］。其中，Fenton氧化处理方法因其具有反应快、效率高、设备简单、反应条件温和、操作简便等优点，被常用于印染废水的处理［2］。

Fenton试剂是H2O2通过Fe2+催化分解产生具有超强氧化性的羟基自由基 (·OH)，·OH与有机物分子发生反应，使其氧化为CO2、H2O等无机物质［3～4］。Fenton氧化法处理印染废水的过程中，染料分子中发色基团的不饱和双键被氧化断开，形成分子量较小的有机物或无机物，使染料失去发色能力，从而达到处理印染废水的目的［5～6］。本文采用Fenton氧化法处理含分散红E－4B和活性艳兰KN－R染料组成的模拟印染废水，寻找其最佳参数条件，为实际印染废水的Fenton氧化处理提供参考依据。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

废水:模拟废水由质量浓度200mg/L的分散红E－4B和质量浓度250mg/L活性艳兰KN－R染料配成，COD为 700mg/L，pH为 7.4，色度为1200倍。

试剂:30%双氧水 (H2O2)，广州牌化学试剂;七水硫酸亚铁 (FeSO4·7H2O)，天津市大茂化学试剂;浓硫酸 (H2SO4)，广州化学试剂厂;实验所用试剂均为分析纯，所用水均为去离子水。

仪器:DRB200消解仪，美国HACH;DR5000紫外可见分光光度计，美国HACH;PHS－3C型pH计，上海雷磁仪器厂;HJ－6型多头磁子搅拌器，巩义市京华仪器有限责任公司。

1.2 试验方法

分别取废水 200ml于 500ml三角瓶中，用H2SO4调节到合适的pH，加入一定量的FeSO4·7H2O，用磁子搅拌器以同样的速度搅拌均匀，再加一定量的H2O2，为消除光线对反应的影响，在三角瓶外壁裹上锡纸，反应一定时间后静置一段时间，取上清液两份，一份溶液用分光光度法测定COD［7］，从而计算出COD去除率;另一份溶液用分光光度计测定吸光度，从而计算出脱色率。COD去除率可按下式计算:

COD去除率=(1－COD/COD0) ×100%

式中:COD0为废水反应前COD值，COD为反应后测量的COD值。

脱色率的测定:在最大吸收波长条件下，用紫外可见分光光度计测量吸光度，根据吸光度计算出脱色率。脱色率可按下式计算:

式中，A0为染料废水反应前的吸光度，A为反应后的吸光度。

2 实验结果与讨论

根据Fenton试剂的反应机理可知，Fenton氧化实验的主要影响因素是:H2O2的投加量、Fe2+的投加量、反应 pH值、反应时间及反应温度等［8］。因实际废水处理时的反应温度难以改变，故本研究不考虑反应温度的影响。

2.1 H2O2投加量对印染废水去除效果的影响

分别取200ml水样，用H2SO4调节初始pH为5，固定 FeSO4·7H2O的投加量为1.3g/L，H2O2投加量分别为3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0ml/L，反应25min后静置5min，取样测定COD去除率和脱色率。如图1所示。

从图1中可知，开始时COD去除率和脱色率均随着H2O2投量的增加而提高，且在H2O2投加量为5.0ml/L处达到最大，此后，体积浓度的再增加，对COD去除率和脱色率影响均不明显。这是因为，当H2O2体积浓度较低时，H2O2体积浓度增大产生的·OH也增多，故Fenton试剂的氧化能力也增强;当H2O2浓度过高时，一方面将Fe2+氧化成Fe3+，而使氧化在Fe3+催化下进行，降低了·OH的产生效率;另一方面，过多的H2O2同时破坏生成的·OH，也造成 H2O2的自身无效分解［5］，所以选择5.0ml/L为H2O2的最佳投加量。

2.2 FeSO4·7H2O投加量对印染废水去除效果的影响

分别取200ml水样，用H2SO4调节初始pH为5，固定H2O2的投加量为5.0ml/L，FeSO4·7H2O投加量分别为 0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5g/L，此时Fe2+和H2O2的摩尔比分别为1∶19.5、1∶15.1、1∶12.4、1∶10.5、1∶9.1、1∶8.0，反应25min后静置5min，取样测定COD去除率和脱色率。如图2所示。

由图2可见，当Fe2+质量浓度达到1.1g/L时，COD去除率效果达到最好，当Fe2+质量浓度达到1.3g/L时，脱色率效果达到最好，但是同时可以发现，当Fe2+质量浓度达到1.1g/L时，COD去除率和脱色率随Fe2+质量浓度的增加均增加不明显，综合考虑到处理成本等问题，选择Fe2+质量浓度1.1g/L为最佳投量，即 n(Fe2+):n(H2O2) =1∶10.5时效果最好。

在一定的浓度范围内Fe2+能明显地提高H2O2对污染物的降解能力，但是Fe2+的投加量并不是越多越好，超过一定量时，COD去除率增加缓慢甚至出现下降，这主要是因为一方面过多的·OH来不及和有机物反应，从而发生·OH自身的反应而降低·OH的利用率［9］;另外一方面，过量的Fe2+带来 Fe3+浓度增高，Fe3+与 H2O2反应生成·OOH，·OOH的活性远不如·OH，Fe3+作为H2O2的消除剂，Fe3+的浓度越高，这种消除作用就越强［10］。

2.3 pH值对印染废水去除效果的影响

分别取200ml水样，分别用H2SO4调节pH为2、3、4、5、6、7.4(废水原pH)，固定 FeSO4·7H2O投加量为1.1g/L，H2O2投加量为5.0ml/L，反应25min后静置5min，取样测定COD去除率和脱色率，如图3所示。

由图3可见，当pH在3～5的酸性条件下，处理效果比较好，且在pH值为3时，COD去除率和脱色率均达到最佳效果。这与Fenton试剂在酸性条件促进氧化的性质相符，随着pH的升高COD去除率有所下降，过高的pH值不利于·OH的产生。

2.4 反应时间对印染废水去除效果的影响

分别取200ml水样，用H2SO4调节pH为3，固定FeSO4·7H2O投加量为1.1g/L，H2O2投加量为 5.0ml/L，分 别 反 应 15min、20min、25min、30min、35min、40min后静置5min，取样测定COD去除率和脱色率，如图4所示。

由图4可知，随着时间的延长，Fenton试剂的氧化效果增强，在反应25min静置时，效果达到将近最大值，此时的COD去除率为95%、脱色率为97%，继续延长反应时间，COD去除率和脱色率均增加不明显［11］，综合考虑，选择25min为该Fenton氧化过程的最佳反应时间。

3 结论与建议

(1)Fenton氧化法对分散红E－4B和活性艳兰KN－R染料组成的模拟印染废水具有很好的处理效果。Fenton氧化过程中，H2O2投加量为5.0ml/L，FeSO4·7H2O投加量为1.1g/L，pH为3，反应25min再静置5min，COD去除效果和脱色效果均达到最佳状态，此时COD去除率为95%，脱色率为97%。

(2)印染废水经过Fenton氧化法处理后，废水色度和COD都达到了国家规定的排放标准，且操作简单，不产生二次污染。但目前此试验研究尚处于模拟印染废水研究，以后需将现阶段的诸多研究成果和研究方法推广到实际印染废水中进行验证，将科研成果转移到实际印染废水处理中。

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