非均相芬頓氧化處理乙二醛廢水的初步研究

王　凱

（上海博丹環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司上海200437）

非均相芬頓氧化處理乙二醛廢水的初步研究

王凱

（上海博丹環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司上海200437）

以乙二醛廢水為處理對象，采用將Fe3+負(fù)載在活性炭纖維為載體的催化劑，以H2O2為氧化劑，初步研究了非均相芬頓氧化技術(shù)對于乙二醛廢水的處理效果，并與均相芬頓氧化處理方法作比較。結(jié)果表明：非均相芬頓氧化技術(shù)比均相芬頓氧化法處理乙二醛廢水的效果更好，不僅大大提高CODCr、甲醛的去除率以及雙氧水利用率，還能較大程度降低氧化后的產(chǎn)泥量。

乙二醛廢水；非均相；芬頓氧化；催化劑

化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)排放出來的廢水大部分具有成分復(fù)雜、有機物濃度含量高、難生物降解的特點。在目前的眾多水處理方法中芬頓試劑作為一種強氧化劑用于去除廢水中的有機污染物，具有明顯的優(yōu)點[1]。

芬頓反應(yīng)（Fenton reaction）是一種基于羥基自由基反應(yīng)的高級氧化處理方法，用Fe2+催化H2O2產(chǎn)生羥基自由基的芬頓反應(yīng)是常見的高級氧化技術(shù)之一[2]。由于羥基自由基的強氧化性，已經(jīng)受到越來越多研究人員的關(guān)注[3-4]。但均相芬頓體系仍存在著一些不足。如：反應(yīng)體系適應(yīng)的pH值范圍較窄，一般使用范圍為3～55]；當(dāng)水處理結(jié)束后.殘存的鐵離子，常使得溶液帶有顏色；H2O2用量大，處理成本高。為解決上述問題，近年來，一種含鐵的固體物質(zhì)作為催化劑的非均相芬頓體系得到了廣泛研究[6]，已成為國內(nèi)外高級氧化技術(shù)應(yīng)用在水處理領(lǐng)域的研究熱點。本文研究了將Fe3+負(fù)載在活性炭纖維為載體的催化劑，以H2O2為氧化劑的非均相芬頓氧化技術(shù)對工業(yè)乙二醛廢水的處理效果，并與傳統(tǒng)均相芬頓氧化處理法作比較，為將非均相芬頓氧化技術(shù)應(yīng)用于實際工程提供數(shù)據(jù)參考。

1　實驗部分

1.1試驗用水

實驗用水取自某化工廠的乙二醛廢水，其水質(zhì)指標(biāo)為pH：3.35～3.55；CODCr：13100mg/L～15300mg/L；甲醛：7800mg/L～8100mg/L。

1.2實驗方法

1.2.1催化劑的制備

向一定體積的硫酸亞鐵溶液中加入一定質(zhì)量的活性炭纖維，攪拌浸漬、過濾、水洗至無Fe3+離子檢出，置于烘箱內(nèi)老化，然后再用蒸餾水沖洗，抽濾至干并放入馬弗爐中升至一定溫度下恒溫固化，取出放入干燥器中冷卻備用。

1.2.2均相芬頓氧化實驗

取200mL乙二醛廢水，置于錐形瓶中，投加一定量的硫酸亞鐵，通過恒溫水浴鍋控制溫度在60℃，在攪拌的情況下，2小時內(nèi)分別滴加不同體積30%質(zhì)量濃度的H2O2，氧化后利用堿液將水樣pH值調(diào)整至9，形成污泥絮體后過濾，取濾液測定CODCr、甲醛指標(biāo)，并將過濾后的污泥烘干處理，測定干污泥產(chǎn)量，并計算雙氧水的利用率。

1.2.3非均相芬頓氧化實驗

準(zhǔn)確稱取一定量自制的活性炭纖維催化劑于錐形瓶中，加入乙二醛廢水200mL，通過恒溫水浴鍋控制溫度在60℃，在攪拌的情況下，2小時內(nèi)分別滴加不同體積30%質(zhì)量濃度的H2O2，氧化后先將活性炭纖維催化劑過濾分離并收集，再利用堿液將水樣pH值調(diào)整至9，形成污泥絮體后過濾，取濾液測定CODCr、甲醛指標(biāo)，并將過濾后的污泥烘干處理，測定干污泥產(chǎn)量，并計算雙氧水的利用率；過濾分離的活性炭纖維催化劑收集后，在濕潤的狀態(tài)下再次使用，重復(fù)以上實驗步驟。

1.2.4雙氧水利用率的計算方法

2　結(jié)果與討論

2.1CODCr去除率的結(jié)果對比

從實驗數(shù)據(jù)分析得出，傳統(tǒng)均相芬頓氧化在相同反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、不同氧化劑投加量的情況下，CODCr的去除率分別為44%、68%和80%，而在此相同條件且在活性炭纖維催化劑循環(huán)重復(fù)使用三次的情況下，非均相芬頓氧化的CODCr去除率都保持在54%、73%和86%左右，非均相芬頓氧化后CODCr的去除率明顯高于傳統(tǒng)均相芬頓氧化，并且有著較好的重復(fù)性，說明所制作的非均相催化劑具有可循環(huán)使用的特性，對于氧化反應(yīng)還是保持著較好的催化效果。

2.2甲醛去除率的結(jié)果對比

從實驗數(shù)據(jù)分析得出，傳統(tǒng)均相芬頓氧化在相同反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、不同氧化劑投加量的情況下，甲醛的去除率分別為89%、95%和99%，而在此相同條件且在活性炭纖維催化劑循環(huán)重復(fù)使用三次的情況下，非均相芬頓氧化的甲醛去除率都保持在97%、98%和99.9%左右，非均相芬頓氧化后甲醛的去除率明顯高于傳統(tǒng)均相芬頓氧化，并且有著較好的重復(fù)性，再次說明所制作的非均相催化劑具有可循環(huán)使用的特性，對于氧化反應(yīng)還是保持著較好的催化效果。

2.3雙氧水利用率的結(jié)果對比

從實驗數(shù)據(jù)分析得出，均相芬頓氧化與非均相芬頓氧化過程中，當(dāng)30%質(zhì)量濃度的雙氧水投加量為5%(V/V)時，雙氧水利用率最高，分別為47%和61%，但從CODCr去除效果、甲醛去除效果、成本方面以及實際工程應(yīng)用方面考慮，確定均相芬頓氧化處理乙二醛廢水使用30%質(zhì)量濃度的雙氧水至少需10%(V/V)的投加量，此情況下雙氧水利用率為43%；而非均相芬頓氧化處理乙二醛廢水使用30%質(zhì)量濃度的雙氧水投加量為8%(V/V)為最佳投加量，此情況下雙氧水利用率為53%，由此說明非均相芬頓氧化雙氧水利用率明顯高于均相芬頓氧化。

2.4污泥產(chǎn)生量的結(jié)果對比

從表1可以看出，均相芬頓氧化與非均相芬頓氧化過程中，污泥產(chǎn)生量隨著雙氧水投加量先增加后減少，非均相芬頓氧化與均相芬頓氧化相比較，非均相芬頓氧化處理方法較大程度降低氧化后的產(chǎn)泥量。

表1　污泥產(chǎn)生量結(jié)果對比表

3　結(jié)語

3.1非均相芬頓氧化技術(shù)比均相芬頓氧化法處理乙二醛廢水的效果更好，不僅大大提高CODCr、甲醛的去除率和雙氧水利用率，還能較大程度降低氧化后的產(chǎn)泥量，從而大幅度降低實際工程應(yīng)用上的處理成本。

3.2在相同反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、不同氧化劑投加量活性炭纖維的催化劑循環(huán)重復(fù)使用的情況下，對于乙二醛廢水的處理效果沒有明顯降低，說明非均相催化劑具有易分離、易回收、能循環(huán)使用、處理效果好等優(yōu)點，因而有很好的開發(fā)和應(yīng)用前景。

[1]許海燕,李義久,劉亞菲.Fenton-混凝催化氧化法處理焦化廢水的影響因素[J].復(fù)旦學(xué)報：自然科學(xué)版,2003(3):440-444.

[2]雷樂成,汪大暈.水處理高級氧化技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[3]李宏,鄭懷禮,李曉紅,等.光助Fenton反應(yīng)催化氧化降解羅丹明B表觀動力學(xué)研究［J］.光譜學(xué)與光譜分析,2008,28(11):2644-2648.

[4]趙超,姜利榮,黃應(yīng)平.Fenton及Photo-Fenton非均相體系降解有機污染物的研究進(jìn)展[J].分析科學(xué)學(xué)報,2007,23(3):355-360.

[5]張國卿,羅春田.Fenton試劑在處理難降解有機廢水中的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2004,30(3):17-20.

[6]何立平,楊迎春,徐成華.針鐵礦催化降解廢水中的羅丹明B［J］.化工環(huán)保,2008(28):396-400.

王凱(1987—)，本科，技術(shù)研發(fā)部研發(fā)中心主任。