Fenton试剂预处理碱性印染废水

张 涛 ，周元祥，唐玉根，刘 专 ，张 乐

（1.合肥工业大学 资 源与环境工程学院，安徽 合 肥230009；2.安徽宜源环保科技股份有限公司，安徽 安 庆246000）

1 引言

目前，印染染料几乎都是人工合成的，且具有抗光解、氧化和生物降解等特性，导致印染废水成分复杂且难以生化降解。资料表明，纺织印染废水以排放量大、色度深、有机污染物含量高而位居我国各工业废水排放的前5位，是名副其实的废水排放大户。据不完全统计，我国的纺织印染废水占全国纺织废水排放量的80%，耗水量达95.48亿t／a，新鲜水用量居全国各行业第2位［1，2］。因此，探讨纺织印染废水的处理技术具有重要且现实的意义。Fenton试剂氧化法适用于处理一般氧化剂难以氧化及难生物降解的废水，已在废水处理领域受到越来越广泛的关注［3～5］。

Fenton氧化技术反应条件温和、对设备要求低、操作工艺简单、COD和色度去除率较高，能氧化绝大部分可溶性染料，是一种有潜力的染料废水处理技术。Fenton试剂是由H2O2和Fe2＋在酸性条件下复合而成的一种氧化能力很强的氧化剂。C.Walling［6］的研究表明：Fenton试剂氧化有机物的反应是通过H2O2和Fe2＋，产生羟基自由基而进行的自由基反应；由于其具有极强的氧化能力，特别适用于生物难降解的或一般化学氧化难以奏效的有机废水的处理。

本文采用Fenton试剂氧化原水，调节废水pH法预处理碱性废水，考察了pH、n（H2O2）：n（Fe2＋）、FeSO4·7H2O的加入量和反应时间对COD和色度去除效果的影响，探索了最佳处理条件，为该工艺处理实际印染废水提供了科学依据。

2 实验部分

2.1 废水水质

实验废水取自安庆市某纺织工业园印染废水处理厂调节池出水，水质呈深黑色，原水pH为9.25～10.72，COD为912～1 500 mg／L，色度为800～1 100。

2.2 试剂及仪器

H2O2：质量分数30%，分析纯。FeSO4.7H2O：分析纯。

H2SO4：质量分数98%，分析纯。

NaOH：分析纯。

PHS－3C型pH计：上海精密科学仪器有限公司。CJJ－931型六联磁力搅拌器：金坛市金城国盛实验仪器厂。AB104－N型分析天平：上海精密科学仪器有限公司。

2.3 实验方法

取废水水样6份，每份500 m L，用硫酸和氢氧化钠调节废水pH至所需值，再加入一定量的七水合硫酸亚铁和双氧水，经搅拌反应一段时间后，用氢氧化钠调节pH值至10左右以终止反应。静沉后，取上清液测定水样的COD及色度。

2.4 分析方法

COD：重铬酸钾法；色度：稀释倍数法

3 结果与讨论

3.1 pH值对COD及色度去除效果的影响

实验原水的pH值为9.72、COD为1 326 mg／L、色度是987。用H2SO4和NaOH调节废水的pH值至所需值，在n（H2O2）：n（Fe2＋）＝2、FeSO4·7 H2O的投加量为2.722 g、反应时间为30 min的条件下，不同pH对COD和色度去除效果的影响见图1。

从图1中可以看出，随着pH值的升高，系统对COD及色度的去除效果先上升后下降；当pH值为4左右时，对COD及色度的去除效果最好，去除率分别为65.73%和97%。一般认为，Fenton试剂对污染物的氧化反应主要是通过催化分解产生的·OH来完成的，其主要的化学反应式为：

由上述反应式可知，pH值的升高将抑制·OH的生成，且当pH值过高（＞7）时，体系中将会生成Fe（OH）3沉淀或铁的复杂络合物，不能产生足够多的·OH，因此会导致Fenton试剂的氧化能力有所降低；而当pH值过低（＜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性，进而导致对COD及色度的去除效果有所下降［7］。故本实验的最佳pH值是4。

3.2 n（H2 O2）∶n（Fe2＋）对 COD 及色度去除效果的影响

实验原水的pH值为10.23、COD为946 mg／L、色度是837。用H2SO4和NaOH调节废水的pH值达到4.0左右，在H2O2的加入量为2 m L、反应时间为30 min的条件下，n（H2O2）∶n（Fe2＋）对COD及色度去除效果的影响见图2。

图2 n（H 2 O2）∶n（Fe2＋）对COD及色度去除效果的影响

从图2可知，当n（H2O2）∶n（Fe2＋）＞3时，体系中产生羟基自由基的数量较少，Fenton试剂氧化反应速率比较慢，COD去除率较低，色度去除率较高；随着n（H2O2）∶n（Fe2＋）减小，Fenton试剂氧化反应速率逐渐加快，COD及色度去除率相应的增加；当n（H2O2）∶n（Fe2＋）＝3时，COD及色度去除效果最好，去除率分别是70.92%及98%；当n（H2O2）∶n（Fe2＋）继续减小时，则COD及色度去除率反而有所下降。一方面是由于在Fenton试剂氧化反应过程中，由于Fe2＋的大量存在使得·OH产生过快，来不及与有机物反应就已经湮灭。另一方面过多的Fe2＋会不断地消耗部分自由基，使羟基自由基的量有所减少，故COD及色度去除率相应的会降低。本实验最佳n（H2O2）∶n（Fe2＋）＝3。

3.3 Fenton试剂投加量对COD及色度去除效果的影响

实验原水的pH值为9.35、COD为1 023 mg／L、色度是837。用H2SO4和NaOH调节废水的pH值达到4.0左右，在n（H2O2）∶n（Fe2＋）＝3，反应时间为30 min的条件下，FeSO4·7 H2O的加入量对COD及色度去除效果的影响见图3。

图3 Fenton试剂投加量对COD及色度去除效果的影响

从图3可知，随着FeSO4·7H2O加入量的增加，COD的去除率先大幅度的升高后趋于平缓，色度的去除率增加的缓慢；当FeSO4·7 H2O的加入量超过1.814 g时，COD及色度去除率增加趋缓。因为当FeSO4·7 H2O加入量很小时，反应体系中产生的·OH的数量较少，对有机物的氧化效果不好；随着FeSO4·7 H2O加入量的增加，体系中产生的·OH的数量有所增加，对有机物的去除率有所提高［8］；当FeSO4·7 H2O加入量由0.9074 g升高到1.8148 g时，COD的去除率有显著的提高，色度的去除率有比较小的提高，这是由于Fenton试剂氧化反应后水中产生了较多的Fe3＋，会对废水中的污染物产生絮凝作用，从而再去除一部分COD及色度；但当Fenton试剂继续增加时，其对COD的去除效果没有出现大幅度的提高，有以下几个原因：（1）由于过量的Fe2＋会消耗·OH，从而降低对污染物的氧化去除效果。（2）当H2O2投加量过多时，易发生分解而生成水和氧气，降低其氧化效率。（3）此时，废水中亲水性的有机物已经被处理的出不多了，剩下的大多是疏水性的有机物，而Fenton试剂对疏水性的有机物去除效果不是很理想。而且FeSO4·7 H2O加入量过大会增加处理成本，还会产生大量的污泥。因此，适宜的FeSO4·7H2O的加入量为1.8148 g。

3.4 反应时间对COD及色度去除效果的影响

实验原水的pH值为9.67、COD为971 mg／L、色度是885。用H2SO4和NaOH调节废水的pH值达到4.0左右，在n（H2O2）∶n（Fe2＋）＝3，FeSO4·7H2O加入量为1.8148 g的条件下，反应时间对COD及色度去除率的影响见图4。

从图4可知，在反应前30 min内，COD去除效果随反应时间的延长而快速提高，色度的去除效果比较稳定，增加的很缓慢；反应时间30 min时，COD及色度的去除率分别为70.93%和98%；继续延长反应时间，COD及色度去除率增加的幅度很小，基本保持不变；这是由于，在Fenton试剂反应前期，反应速率较快，随着反应的不断进行，Fenton试剂不断的被消耗，产生·OH的数量逐渐减少，对COD及色度去除率逐渐趋于稳定［9，10］。出于时间成本的考虑，本实验最佳反应时间是30 min。

图4 反应时间对COD及色度去除效果的影响

4 结论

采用Fenton试剂预处理碱性印染废水，在原水COD及色度分别为1 326 mg／L和987时，调节原水pH为4、FeSO4·7H2O的加药量是1.8148 g、n（H2O2）∶n（Fe2＋）＝3，反应时间为30 min的最佳条件下，COD及色度去除效果最好，去除率分别为71.54%和98%。此时COD及色度的去除率分别为71.54%和98%。

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