氢氧化物沉淀-Fenton法处理电镀废水的研究
2018-10-09白璐，白静
白 璐，白 静
（1.包头钢铁职业技术学院，内蒙古 包头014010；2.山西大同大学 生命科学学院，山西 大同037009）
0 前言
目前电镀废水的处理方法主要包括离子交换法、吸附法、化学沉淀法、Fenton法等[1-4]。化学沉淀法是处理重金属污染物的常用方法，而Fenton法对于处理有机污染物具有较好的效果。由于电镀废水成分复杂，所以单独采用某一种处理方法并不能达到预期的效果。因此，本文采用氢氧化物沉淀法和Fenton法相结合的方法对电镀废水进行处理。
1 实验
1.1 模拟电镀废水的配制
将糖精钠、十二烷基硫酸钠、ZnSO4·7H2O、CuSO4·5 H2O、NiSO4·7 H2O按一定量配制成模拟废水。其中：COD 110 mg/L，Zn2+18.0 mg/L，Cu2+16.9 mg/L，Ni2+92.1 mg/L。
1.2 试剂与仪器
试剂：食品级的糖精钠；分析纯的十二烷基硫酸钠、ZnSO4·7 H2O、CuSO4·5 H2O、NiSO4·7 H2O等。
仪器：79-1型磁力搅拌器，北京中兴伟业仪器有限公司；分光光度计，美国HACH公司；原子吸收光谱仪，德国耶拿分析仪器股份公司。
1.3 分析方法
采用快速密封消解法测定COD。采用火焰原子分光光度法测定金属离子的质量浓度。
1.4 实验方法
1.4.1 Fenton法处理电镀废水
量取100 mL模拟电镀废水于锥形瓶中，在磁力搅拌器上边搅拌边用氢氧化钠溶液调节模拟废水的pH值，并向溶液中依次加入一定量的FeSO4·7 H2O溶液和H2O2，搅拌一段时间后取上层清液测其COD和金属离子的质量浓度，计算COD及金属离子的去除率。
1.4.2 氢氧化物沉淀-Fenton法处理电镀废水
首先，采用氢氧化物沉淀法对模拟电镀废水中的金属离子进行处理。量取100 mL模拟废水于锥形瓶中，在磁力搅拌器上边搅拌边用氢氧化钠溶液调节模拟废水的pH值，静置一段时间后取上层清液测其金属离子的质量浓度，并计算对应金属离子的去除率。
取氢氧化物沉淀法处理后的上层清液于锥形瓶中，在磁力搅拌器上进行搅拌，并向溶液中依次加入一定量的FeSO4·7H2O溶液和H2O2，搅拌一段时间后取上层清液测其COD和金属离子的质量浓度，计算COD及金属离子的去除率。
2 结果与讨论
2.1 Fenton法处理电镀废水的研究
2.1.1 pH值对Fenton法处理电镀废水的影响
图1为pH值对COD去除率的影响，其中Fe2+与H2O2的物质的量比为1.1。由图1可知：COD的去除率随pH值的增加呈现出先增大后减小的趋势。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+组成的混合体系。当pH值较低时，有效成分Fe2+会被氧化成Fe3+，致使COD的去除效果不佳。当pH值增加时，溶液中的OH-逐渐增多，不仅使Fe2+形成氢氧化物沉淀，还会捕捉由H2O2分解得到的羟基自由基，使得羟基自由基的总量减少，故而COD的去除效果不佳。当pH值为3时，COD的去除率达到最大值[5-6]。
图1 pH值对COD去除率的影响
2.1.2 Fe2+与H2O2的物质的量比对Fenton法处理电镀废水的影响
图2为Fe2+与H2O2的物质的量比对COD去除率的影响，其中pH值为3。由图2可知：随着Fe2+与H2O2的物质的量比的增加，COD的去除率呈现出先增大后减小的趋势。这是因为Fe2+与H2O2的物质的量比较小（即Fe2+的加入量较少）时，废水中产生的羟基自由基较少，所以COD的去除率降低。当Fe2+与H2O2的物质的量比增大时，废水中产生的羟基自由基逐渐增多，促进了Fenton反应的进行，故而COD的去除率逐渐增大。但当Fe2+的加入量较大时，会产生过多的羟基自由基，致使部分羟基自由基来不及与有机物反应就发生了副反应。当Fe2+与H2O2的物质的量比为1.1时，COD的去除率最高可以达到91.6%。
图2 Fe2+与H2O2的物质的量比对COD去除率的影响
图3为Fe2+与H2O2的物质的量比为1.1时溶液中金属离子的去除率。由图3可知：在此条件下溶液中金属离子的去除效果并不理想。可见，仅采用Fenton法并不能达到同时降低废水COD和金属离子去除率的目的。
图3 Fe2+与H2O2的物质的量比为1.1时溶液中金属离子的去除率
2.2 氢氧化物沉淀-Fenton法处理电镀废水的研究
2.2.1 pH值对氢氧化物沉淀法处理电镀废水的影响
图4为pH值对Zn2+、Cu2+、Ni2+去除率的影响。由图4可知：pH值对氢氧化物沉淀法处理电镀废水中金属离子的效果十分明显。当pH值为10时，Zn2+、Cu2+、Ni2+的去除率最高，三者的去除率均能达到96%以上。因此，氢氧化物沉淀法处理电镀废水的最佳pH值为10。
图4 pH值对金属离子去除率的影响
2.2.2 氢氧化物沉淀-Fenton法处理电镀废水的研究
将上述经过氢氧化物沉淀法处理的上层清液再通过Fenton法进行处理。将清液pH值调节为3，向其中加入Fenton试剂使Fe2+与H2O2的物质的量比为1.1。将其置于磁力搅拌器上进行反应，反应结束后测其COD及Zn2+、Cu2+、Ni2+的质量浓度，并计算COD及相应金属离子的去除率。图5为Zn2+、Cu2+、Ni2+三者的去除率。由图5可知：经氢氧化物沉淀-Fenton法处理后Zn2+、Cu2+、Ni2+三者的去除率均能达到98%以上。同时，COD的去除率也能达到93.6%。这表明氢氧化物沉淀-Fenton法处理成分复杂的电镀废水能够取得较为理想的效果。
图5 氢氧化物沉淀-Fenton法处理后金属离子的去除率
3 结语
分别采用Fenton法和氢氧化物沉淀-Fenton法对模拟电镀废水进行处理。研究发现：单独采用Fenton法处理模拟电镀废水时，Zn2+、Cu2+、Ni2+三者的去除效果并不理想，但COD的去除效果较为明显。当pH值为3、Fe2+与H2O2的物质的量比为1.1时，Fenton法降解COD的效果最好，COD的去除率可达91.6%。此外，先采用氢氧化物沉淀法对模拟电镀废水进行预处理，再采用Fenton法进行进一步处理，Zn2+、Cu2+、Ni2+的去除率及COD的去除率均能达到较高值。
