液晶面板清洗废水处置技术

项艳，吴东亮，胡长江，郭鹏飞，王振宇

（安徽浩悦环境科技有限责任公司，安徽合肥231145）

近些年，国内液晶行业迅速发展，在其生产中需要使用清洗剂清洗液晶表面，清洗剂的主要成份是无水乙醇、环氧树脂、松香水等。清洗后产生的高浓度COD 废水属危险废物，必须规范处置。

因为COD 在水体中是以有机物的形式存在，因而可通过微生物的生物化学作用而分解，分解过程中需要消耗氧气，易造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长；待水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质恶化，造成严重污染[1]。然而，此类废水由于成份复杂，COD含量很高，无法直接进入生化系统中进行深度处理[2]，一般先采用物理、化学法对其进行预处理，提高废水的可生化性后再进行生物处理，常见的预处理方法有絮凝沉淀法、膜分离法、吸附法、芬顿法、电解法等[3]。

本研究拟用芬顿氧化法处理液晶面板清洗产生的高浓度COD 废水（以下简称“废水”）。通过试验芬顿试剂配比、pH值、温度、反应时间等，找出最优处置条件。

1 实验部分

1.1 材料与设备

实验材料：废水，理化性质：COD 150 000～200 000 mg/L，TDS 20～50 mg/L，pH 值7.0～9.0；5%硫酸溶液；30%双氧水；七水合硫酸亚铁；氢氧化钠。

实验设备：电子搅拌装置；500 mL 玻璃平底烧瓶；滴液漏斗；TU-1901 双光束紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 实验步骤

取计量废水，控制反应温度，先加入5%硫酸调节体系pH 值，再加入芬顿试剂进行氧化处置，然后调节pH值到7.0，测试处置后废水中COD含量。

2 结果与讨论

2.1 芬顿试剂配比对COD去除率的影响

在500 mL 烧瓶中加入200 mL 废水（pH=3.0），反应温度40℃，按芬顿试剂配比（H2O2∶Fe2+）摩尔比分别为5∶1，10∶1，15∶1，20∶1，25∶1，30∶1 进行添加，反应 4 h，测试处置后废水中COD含量。

表1 芬顿试剂配比对COD去除率的影响

由表1 可知，芬顿试剂配比（H2O2∶Fe2+）为20∶1 时，COD 去除率最高。H2O2用量过少或过多，处置效果均会下降，其原因在于Fe2+—H2O2体系中存在以下反应：

H2O2投加量较低时，产生的羟基自由基（HO·）数量相对较少，COD 去除率不佳；随着H2O2投加量的增加，产生的HO·也不断增多，COD 去除率不断增大；当H2O2投加量过高时，部分H2O2发生无效分解，释放出氧气，因此处置效率反而会下降。另外，Fe2+投加量占比过高时，在高催化剂浓度下，反应开始时迅速地产生大量HO·，HO·与基质的反应缓慢，未及时消耗的HO·被H2O2捕捉，从而难以获得较佳的COD去除效果[4]。

2.2 pH值对COD去除率的影响

在500 mL 烧瓶中加入200 mL 废水，分别调节pH值至1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0，加入芬顿试剂（H2O2∶Fe2+为 20∶1，摩尔比），测试处置后废水中 COD 含量（见表2）。

由表2可知，随着pH值的升高，COD的去除率先升后降。pH值2.0～4.0时，COD去除率较大。pH值3.0时，去除率最大，COD 的去除率为96.4%；但pH 值大于5.0时，COD 去除率明显下降。分析原因是：当pH 值较低时，过量H 能捕捉·OH，造成·OH 无效分解，导致COD去除率较低；随着pH 值的升高，上述限制慢慢消失，pH值为 3.0 时，COD 去除率达到最佳；pH 值在 3.0～5.0 范围内，随着pH 值的增加，COD 去除率缓慢下降；而当pH值较高时，Fe2+将形成 Fe(OH )3沉淀或铁的复杂络合物，失去催化能力，从而导致COD去除率降低[5]。

表2 pH值对COD去除率的影响

2.3 温度和反应时间对COD去除率的影响

在 500 mL 烧瓶中加入 200 mL 废水，调节 pH 值至3.0，控制反应温度分别为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃，加入芬顿试剂（H2O2∶Fe2+为20∶1，摩尔比），分别在反应 60 min、120 min、180 min、240 min、300 min、360 min时，测试处置后废水中COD含量。

由表3 可以看出，温度小于40℃时，温度的升高对反应的促进作用比较明显。高于40℃时，促进效应趋缓。这是因为在一定的温度范围内，升高温度有利于催化氧化反应的进行，但温度过高时，会使H2O2无效，过快分解为O2和H2O，并产生大量气泡。由此可见，在一定范围内，尽可能提高反应温度可获得较好的预处理效果。

同时，在反应温度40℃，反应时间240 min 时，COD的去除率就达到了96.4%。在240 min 的反应时间内，COD 的去除率随时间增长而不断提高，说明有机物与芬顿试剂维持较快的反应速率，大量的有机物被氧化分解。因此，化学反应进行的程度，在反应速率一定的情况下，直接受制于反应时间。

2.4 优化条件下COD的去除率

根据前述实验数据，结合处理成本，在pH 值为3.0，温度为40oC，芬顿试剂配比（H2O2∶Fe2+，摩尔比）为20∶1，反应时间为240 min 条件下，对废水进行处理，测试处置后废水中COD含量。

表3 温度和反应时间对COD去除率的影响

表4 优化条件下COD的去除率

由表4 可以看出，在优化反应条件下，该废水COD去除率达到97.3%，效果较好，再经后续处置，可实现达标排放，实现了对高浓度COD废水的有效处置。

3 结论

（1）芬顿氧化法处理清洗液晶面板的高浓度COD废水的主要影响因素有芬顿试剂配比、pH 值、反应温度和时间等。

（2）对于COD 含量为188 000 mg/L的废水，芬顿氧化法的最佳处置条件为：体系pH 值3.0，温度40℃，芬顿试剂配比（H2O2∶Fe2+，摩尔比）为 20∶1，反应时间 240 min，在此条件下，废水COD去除率最大可达到97.3%。