Fenton氧化技術處理印染廢水的試驗研究

李 勇，朱素芳，鄭定成

(1．廣東省環境保護工程研究設計院，廣東 廣州 510635;2．佛山市環境監測中心站，廣東 佛山 52800;3．河源職業技術學院，廣東 河源 517000)

近年來．隨著染料制造業和印染工業的迅速發展，染料的品種和數量不斷增加，致使每年都要向水環境排放大量印染廢水。印染廢水有機物含量高、色度深、難降解，是難處理的工業廢水，其常用的處理方法有化學法、物理法和生物處理法［1］。其中，Fenton氧化處理方法因其具有反應快、效率高、設備簡單、反應條件溫和、操作簡便等優點，被常用于印染廢水的處理［2］。

Fenton試劑是H2O2通過Fe2+催化分解產生具有超強氧化性的羥基自由基 (·OH)，·OH與有機物分子發生反應，使其氧化為CO2、H2O等無機物質［3～4］。Fenton氧化法處理印染廢水的過程中，染料分子中發色基團的不飽和雙鍵被氧化斷開，形成分子量較小的有機物或無機物，使染料失去發色能力，從而達到處理印染廢水的目的［5～6］。本文采用Fenton氧化法處理含分散紅E－4B和活性艷蘭KN－R染料組成的模擬印染廢水，尋找其最佳參數條件，為實際印染廢水的Fenton氧化處理提供參考依據。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

廢水:模擬廢水由質量濃度200mg/L的分散紅E－4B和質量濃度250mg/L活性艷蘭KN－R染料配成，COD為 700mg/L，pH為 7.4，色度為1200倍。

試劑:30%雙氧水 (H2O2)，廣州牌化學試劑;七水硫酸亞鐵 (FeSO4·7H2O)，天津市大茂化學試劑;濃硫酸 (H2SO4)，廣州化學試劑廠;實驗所用試劑均為分析純，所用水均為去離子水。

儀器:DRB200消解儀，美國HACH;DR5000紫外可見分光光度計，美國HACH;PHS－3C型pH計，上海雷磁儀器廠;HJ－6型多頭磁子攪拌器，鞏義市京華儀器有限責任公司。

1.2 試驗方法

分別取廢水 200ml于 500ml三角瓶中，用H2SO4調節到合適的pH，加入一定量的FeSO4·7H2O，用磁子攪拌器以同樣的速度攪拌均勻，再加一定量的H2O2，為消除光線對反應的影響，在三角瓶外壁裹上錫紙，反應一定時間后靜置一段時間，取上清液兩份，一份溶液用分光光度法測定COD［7］，從而計算出COD去除率;另一份溶液用分光光度計測定吸光度，從而計算出脫色率。COD去除率可按下式計算:

COD去除率=(1－COD/COD0) ×100%

式中:COD0為廢水反應前COD值，COD為反應后測量的COD值。

脫色率的測定:在最大吸收波長條件下，用紫外可見分光光度計測量吸光度，根據吸光度計算出脫色率。脫色率可按下式計算:

式中，A0為染料廢水反應前的吸光度，A為反應后的吸光度。

2 實驗結果與討論

根據Fenton試劑的反應機理可知，Fenton氧化實驗的主要影響因素是:H2O2的投加量、Fe2+的投加量、反應 pH值、反應時間及反應溫度等［8］。因實際廢水處理時的反應溫度難以改變，故本研究不考慮反應溫度的影響。

2.1 H2O2投加量對印染廢水去除效果的影響

分別取200ml水樣，用H2SO4調節初始pH為5，固定 FeSO4·7H2O的投加量為1.3g/L，H2O2投加量分別為3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0ml/L，反應25min后靜置5min，取樣測定COD去除率和脫色率。如圖1所示。

從圖1中可知，開始時COD去除率和脫色率均隨著H2O2投量的增加而提高，且在H2O2投加量為5.0ml/L處達到最大，此后，體積濃度的再增加，對COD去除率和脫色率影響均不明顯。這是因為，當H2O2體積濃度較低時，H2O2體積濃度增大產生的·OH也增多，故Fenton試劑的氧化能力也增強;當H2O2濃度過高時，一方面將Fe2+氧化成Fe3+，而使氧化在Fe3+催化下進行，降低了·OH的產生效率;另一方面，過多的H2O2同時破壞生成的·OH，也造成 H2O2的自身無效分解［5］，所以選擇5.0ml/L為H2O2的最佳投加量。

2.2 FeSO4·7H2O投加量對印染廢水去除效果的影響

分別取200ml水樣，用H2SO4調節初始pH為5，固定H2O2的投加量為5.0ml/L，FeSO4·7H2O投加量分別為 0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5g/L，此時Fe2+和H2O2的摩爾比分別為1∶19.5、1∶15.1、1∶12.4、1∶10.5、1∶9.1、1∶8.0，反應25min后靜置5min，取樣測定COD去除率和脫色率。如圖2所示。

由圖2可見，當Fe2+質量濃度達到1.1g/L時，COD去除率效果達到最好，當Fe2+質量濃度達到1.3g/L時，脫色率效果達到最好，但是同時可以發現，當Fe2+質量濃度達到1.1g/L時，COD去除率和脫色率隨Fe2+質量濃度的增加均增加不明顯，綜合考慮到處理成本等問題，選擇Fe2+質量濃度1.1g/L為最佳投量，即 n(Fe2+):n(H2O2) =1∶10.5時效果最好。

在一定的濃度范圍內Fe2+能明顯地提高H2O2對污染物的降解能力，但是Fe2+的投加量并不是越多越好，超過一定量時，COD去除率增加緩慢甚至出現下降，這主要是因為一方面過多的·OH來不及和有機物反應，從而發生·OH自身的反應而降低·OH的利用率［9］;另外一方面，過量的Fe2+帶來 Fe3+濃度增高，Fe3+與 H2O2反應生成·OOH，·OOH的活性遠不如·OH，Fe3+作為H2O2的消除劑，Fe3+的濃度越高，這種消除作用就越強［10］。

2.3 pH值對印染廢水去除效果的影響

分別取200ml水樣，分別用H2SO4調節pH為2、3、4、5、6、7.4(廢水原pH)，固定 FeSO4·7H2O投加量為1.1g/L，H2O2投加量為5.0ml/L，反應25min后靜置5min，取樣測定COD去除率和脫色率，如圖3所示。

由圖3可見，當pH在3～5的酸性條件下，處理效果比較好，且在pH值為3時，COD去除率和脫色率均達到最佳效果。這與Fenton試劑在酸性條件促進氧化的性質相符，隨著pH的升高COD去除率有所下降，過高的pH值不利于·OH的產生。

2.4 反應時間對印染廢水去除效果的影響

分別取200ml水樣，用H2SO4調節pH為3，固定FeSO4·7H2O投加量為1.1g/L，H2O2投加量為 5.0ml/L，分 別 反 應 15min、20min、25min、30min、35min、40min后靜置5min，取樣測定COD去除率和脫色率，如圖4所示。

由圖4可知，隨著時間的延長，Fenton試劑的氧化效果增強，在反應25min靜置時，效果達到將近最大值，此時的COD去除率為95%、脫色率為97%，繼續延長反應時間，COD去除率和脫色率均增加不明顯［11］，綜合考慮，選擇25min為該Fenton氧化過程的最佳反應時間。

3 結論與建議

(1)Fenton氧化法對分散紅E－4B和活性艷蘭KN－R染料組成的模擬印染廢水具有很好的處理效果。Fenton氧化過程中，H2O2投加量為5.0ml/L，FeSO4·7H2O投加量為1.1g/L，pH為3，反應25min再靜置5min，COD去除效果和脫色效果均達到最佳狀態，此時COD去除率為95%，脫色率為97%。

(2)印染廢水經過Fenton氧化法處理后，廢水色度和COD都達到了國家規定的排放標準，且操作簡單，不產生二次污染。但目前此試驗研究尚處于模擬印染廢水研究，以后需將現階段的諸多研究成果和研究方法推廣到實際印染廢水中進行驗證，將科研成果轉移到實際印染廢水處理中。

［1］張永利．Fenton試劑脫除模擬印染廢水色度的研究 ［J］．韓山師范學院學報，2008，29(6):57－58．

［2］魯璐，劉漢湖．Fenton試劑預處理實際印染廢水的實驗研究［J］．環境科學與管理，2008，33(3):89－92．

［3］王琤，李鳳亭，吳勝舉．Fenton試劑－改性粉煤灰處理苯酚廢水的研究 ［J］．無機鹽工業，2011，43(3):50－53．

［4］ A．Georgi，A．Schierz，U．Trommler，et a1．Humic acid modified Fenton reagent for enhancement of the working pH range［J］．Applied catalysis B:Environmental，2007，72:26 －36．

［5］陸少鋒，李景川，王雪燕．Fenton試劑在印染中的應用前景［J］．印染，2003，(10):41－45．

［6］劉詩燕，張艷，陳欣義．Fenton法處理印染廢水的試驗研究［J］．廣東化工，2009，36(8):166－167．

［7］魏復盛，齊文啟，畢彤，等．水和廢水監測分析方法 (第四版)［M］．北京:中國環境科學出版社，2002:216－219．

［8］ Ipek Gulkaya，Gulerman A．Surucu，Filiz B．Dilek．Importance of H202/Fe ratio in Fenton’s treatment of a carpet dyeing wastewater［J］．Journal of Hazardous Materials B，2006，136:763－769．

［9］ Jose F M，Xavier D，Peral J．Assessment of photo－Fenton and biological treatment coupling for Diuron and Linuron removal from water［J］．Water Research，2006，40:2533－2540．

［10］戴琴，羅建中，唐志雄．含芳香族化合物廢氣吸收液的氧化預處理 ［J］．廣東化工，2011，38(4):68－69．

［11］ Garcia－montano J，Torrades F．Degradation of Procion Red H －E7B reactive dye by coupling a photo－Fenton system with a sequencing batch reactor ［J］．Journal of Hazardous Materials，2006，B134:220－229．