Fenton試劑預處理綜合印染廢水的實驗研究

談旭輝，徐樂中

（蘇州科技學院環境科學與工程學院，江蘇蘇州215011）

Fenton試劑預處理綜合印染廢水的實驗研究

談旭輝，徐樂中

（蘇州科技學院環境科學與工程學院，江蘇蘇州215011）

采用Fenton試劑預處理綜合印染廢水，改善其可生化性.結果表明，各影響因素的顯著性大小順序是n(H2O2)/n(Fe2+)>H2O2投加量>反應時間>起始pH值；當n(H2O2)/n(Fe2+)為5~10、H2O2投加量在1.3~2.5mmol/L、Fenton反應時間為20~30min、起始pH為3~5時，COD去除率能穩定在40%以下，而B/C能穩定在0.3以上.

Fenton試劑；預處理；綜合印染廢水

綜合印染廢水中含有大量難生物降解的大分子有機物，這使得廉價方便的生物法對它難以奏效.而Fenton試劑能夠利用其反應中間產物·OH降解印染廢水中難生物降解有機物，將其氧化成易于生物降解的小分子物質，甚至是CO2和H2O.單獨使用Fenton試劑可以快捷、方便地處理印染廢水，但Fenton試劑的處理成本過高——這一點制約了其在實際生產中的應用.因此，本研究采用Fenton試劑對印染廢水進行預處理，以提高其可生化性.

1 原水水質和研究方法

試驗原水取自甪直污水處理廠二期進水，其水質如下：

表1 試驗進水指標

取3L原水，用98%濃H2SO4調節pH值至酸性范圍內某定值，加入一定量的FeSO4·7H2O，再加入30%雙氧水，反應一定時間后，取適量出水，用2mol/LNaOH溶液調節pH值至堿性，攪拌均勻，靜沉30分鐘，取上清液測定BOD5、CODcr.

2 結果與討論

2.1 正交試驗

正交試驗選取四個影響因素，它們是反應時間、起始pH、雙氧水投加量、H2O2/Fe2+，每個因素選取三個水平，不考慮因素間的相互影響，將四個因素的三水平設置為如表2所示，正交表選用可容納四因素三水平的L9(34).其他試驗條件：溫度為常溫，投加方式為單次投加，持續攪拌，進水COD為380.9mg/L.試驗數據極差分析見表3.

表2 正交試驗設計

表3 正交試驗數據極差分析表

從表3可以看出，影響最為顯著的因素是H2O2/Fe2+，極差有26.28%，H2O2投加量次之，其顯著性大小順序為n(H2O2)/n(Fe2+)>H2O2投加量>反應時間>起始pH值.

從實驗結果來看，當雙氧水投加量為1mol/L時，除5號樣（此時H2O2/Fe2+為20，Fe2+投加量很少，為0.05mmol）外，3號樣和7號樣的去除率在相同反應時間的一組樣中都并不是最低的，原因是其n(H2O2)/n(Fe2+)為1或5，所以溶液中Fe2+濃度仍然可以有比較好的催化作用，能保證一定的處理效果；而當n(H2O2)/n(Fe2+)為20時，即1、5、9號樣皆為相同反應時間的一組樣中去除率最低的樣.從這方面考慮，也能看出n(H2O2)/n(Fe2+)在Fenton反應中的重要性.

Fenton反應式為Fe2++H2O2→Fe3++OH-+HO·.可以看出，反應過程中Fe2+濃度太低，不利于反應向右進行，導致HO?生成量很少，對廢水的處理效果也就不好.由此也可以看出n(H2O2)/n(Fe2+)是非常重要的影響因素.

2.2 單因素試驗

為了減小誤差，單因素試驗采用5L的燒杯，加原水3L，原水水質與正交試驗相同.

2.2.1 n(H2O2)/n(Fe2+)單因素影響規律

在常溫條件下，控制反應時間為30min，起始pH為3.9~4.1，30%H2O2投加量為3.4mL，即10mmol/L，取水平20、15、10、5、1、0.5，得到n(H2O2)/n(Fe2+)對COD去除率的影響規律如圖1，對B/C的影響見圖2.

圖1 n(H2O2)/n(Fe2+)對COD去除率的影響

圖2 n(H2O2)/n(Fe2+)對B/C去除率的影響

由圖1、圖2可以看出，隨著n(H2O2)/n(Fe2+)從20降到0.5，COD去除率和B/C的變化規律幾乎一致，即當n(H2O2)/n(Fe2+)為20和15時，兩者都很低；而從15降到10，兩個指標有較大的提高，此后B/C的提高并不是很明顯；而n(H2O2)/n(Fe2+)從5降到1的過程中，COD去除率又躍至77.82%，而此時B/C比也是最高的，達到0.42；當n(H2O2)/n(Fe2+)<1時，COD去除率和B/C均顯著降低.

當n(H2O2)/n(Fe2+)>10時，Fe2+濃度太低，對H2O2的催化作用很弱，除了依靠雙氧水的氧化作用分解掉一些有機物外，B/C比幾乎沒有改變；當1

2.2.2 H2O2投加量單因素影響規律

在常溫條件下，控制反應時間為30min，起始pH為3.9~4.1，n(H2O2)/n(Fe2+)為1，H2O2投加量，取水平20、15、10、5、2.5、1.3、0.5mmol/L，得到H2O2投加量對COD去除率的影響規律如圖3，對B/C的影響見圖4.

圖3 H2O2投加量對COD去除率的影響

圖4 H2O2投加量對B/C的影響

從圖3和4中可以看出，雙氧水投加量從0.5mmol/L增加到2.5mmol/L時，COD去除率從-15.36%提高到52.15%，而之后雙氧水投加量增加到5mmol/L時，COD去除率達到58.16%，之后隨著雙氧水投加量的增加，COD去除率沒有明顯提高；而雙氧水投加量超過1.3mmol/L,時，處理出水的B/C都在0.3以上，特別是在雙氧水投加量為10mmol/L時，B/C超過0.4.

因此，綜合考慮，雙氧水投加量在1.3mmol/L和2.5mmol/L之間時，不僅COD去除效果好，而且可以提高廢水的可生化性.

2.2.3 反應時間單因素影響規律

在常溫條件下，控制起始pH為3.9~4.1，n(H2O2)/n(Fe2+)為1，H2O2投加量為3.4mL，取反應時間水平：10min、20min、30min、60min、90min、120min，得到n反應時間對COD去除率的影響規律如圖5，對B/C的影響見圖6.

圖5 反應時間對COD去除率的影響

圖6 反應時間對B/C的影響

由圖5可以看出，10min左右時，COD幾乎沒有被去除，20min左右時COD去除率有明顯提高，而反應時間超過30min，COD去除率幾乎沒有明顯變化.由圖6很難看出反應時間對B/C的影響規律，但有一個共同點，那就是在本實驗條件下，經過Fenton試劑處理過的水樣，其B/C都得到了較大的提升，基本上能超過0.3.兼顧低COD去除率和高B/C，本研究認為，反應時間為20min到30min時，處理效果較好.

2.2.4 起始pH單因素影響規律

在常溫條件下，控制反應時間為30min，n(H2O2)/n(Fe2+)為1，H2O2投加量為3.4mL，取起始pH水平為7、6、5、4、3，得到起始pH對COD去除率的影響規律如圖7，對B/C的影響見圖8.

圖7 起始pH對COD去除率的影響

圖8 起始pH對B/C的影響

由圖7可以看出，當起始pH為3~5時，COD去除率在63%左右，而起始pH為6和7時，COD去除率分別為55.42%和47.98%，這與程麗華等的相關研究成果極為相似，即起始pH為3~5時，Fenton反應中·OH的生成速率最高[7].而?OH的高生成速率也使反應的COD去除率較高，并且圖8中也可以看出，出水B/C也隨著起始pH的升高而降低.因此本研究認為起始pH為3~5時，處理效果較好.

3 結論

Fenton試劑預處理印染廢水，可以顯著提高B/C，即使在COD去除率不高的情況下.Fenton試劑四個主要影響因素的最佳水平范圍分別為：n(H2O2)/n(Fe2+)為5~10、雙氧水投加量1.3~2.5mmol/L、反應時間為20~30min、起始pH為3~5時，COD去除率能穩定在40%左右，而B/C能穩定在0.3以上.

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X703.5

A

1673-260X（2011）01-0014-03

國家水體污染控制與治理科技重大專項課題(2008ZX07313-006)