芬頓處理染料廢水的研究 張馳

1、題目：芬頓試劑處理染料廢水的研究 答辯人：張馳專業(yè)：環(huán)境科學(xué)指導(dǎo)教師：王玉恒1研究背景我國(guó)染料工業(yè)具有小批量、多品種的特點(diǎn)，大部分是間歇操作，廢水間斷性排放，水質(zhì)水量變化范圍大。染料生產(chǎn)流程長(zhǎng)，產(chǎn)品收率低。廢水組分復(fù)雜、濃度高(COD為1000-10萬(wàn)mg/L)、色度深(500-50萬(wàn)倍)。廢水中的有機(jī)組分大多以芳烴及雜環(huán)化合物為母體，并帶有顯色基團(tuán)(如-N=N-、-N=O)及極性基團(tuán)(如-SO3Na、-OH、-NH2)。廢水中還含有較多的原料和副產(chǎn)品，如鹵化物、硝基物、苯胺、酚類等，以及無(wú)機(jī)鹽如NaCl、Na2SO4、Na2S等。2由于染料生產(chǎn)品種多，并朝著抗光解、抗氧化、抗生物氧化方向發(fā)展

2、，從而使染料廢水處理難度加大。染料廢水的處理難點(diǎn)：一是COD高，而BOD/COD值較小，可生化性差；二是色度高，且組分復(fù)雜。COD的去除與脫色有相關(guān)性，但脫色問(wèn)題困難更大。 3雖然由于國(guó)家和各級(jí)政府對(duì)環(huán)境保護(hù)重視程度的不斷提高，中國(guó)污水處理行業(yè)正在快速增長(zhǎng)，污水處理總量逐年增加，城鎮(zhèn)污水處理率不斷提高。但目前中國(guó)污水處理行業(yè)仍處于發(fā)展的初級(jí)階段。目前我國(guó)采用的染料污水處理方法主要有：吸附法、膜慮法、混凝法、生物法、光催化氧化法、濕式氧化法、離子交換法、電滲析法和芬頓法4研究目的和意義組分多，成分復(fù)雜，是我國(guó)染料廢水的主要特點(diǎn)。酸性染料品種繁多、生產(chǎn)批量小、更新快、副反應(yīng)多,造成廢水的有機(jī)成分復(fù)

3、雜，給廢水治理帶來(lái)很大的困難 。為了提高廢水處理能力和處理效率，需要尋找一種適合我國(guó)現(xiàn)狀的廢水處理方法。由于目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和發(fā)達(dá)國(guó)家相比比較低，所以我們要尋找一種低成本，高效處理污水的方法。綜合來(lái)看，芬頓法作為一種低成本，操作簡(jiǎn)單，處理效果不俗，非常適合我國(guó)國(guó)情。5研究?jī)?nèi)容本實(shí)驗(yàn)通采用正交試驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)方法，并且通過(guò)測(cè)定其吸光度和COD來(lái)研究芬頓試劑處理染料廢水的最佳條件 。62、實(shí)驗(yàn)材料與方法2.1原水用電子天平稱取0.05g酸性大紅染料，然后將其放在1L的燒杯中，濃度為50mg/L 2.2儀器與試劑7實(shí)驗(yàn)試劑藥品名稱純度廠址硫酸汞分析純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司硫酸分析純天津市科密歐

4、化學(xué)試劑有限公司過(guò)氧化氫濃度為30%天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司硫酸亞鐵分析純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司酸性大紅染料工業(yè)純天津微河化工染料有限公司 硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)液分析純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司重鉻酸鉀分析純天津市凱通化學(xué)試劑有限公司硫酸銀分析純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司8實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱型號(hào)廠址COD消解器5B-1 青島埃侖有限公司恒溫磁力攪拌器791常州國(guó)華電器有限公司分光光度計(jì)722S上海精密儀器有限公司電子天平BT124S賽多利斯科學(xué)儀器有限公司pH計(jì)PB10賽多利斯科學(xué)儀器有限公司93、實(shí)驗(yàn)方法3.1Fenton實(shí)驗(yàn)操作步驟 取配置好的染料廢水1L，滴加稀硫酸調(diào)節(jié)其pH為指定

5、值按不同編號(hào)加入不同量的硫酸亞鐵充分?jǐn)嚢柚钡狡渫耆芙?按各個(gè)編號(hào)加入不同的過(guò)氧化氫在磁力攪拌器上攪拌編號(hào)上的設(shè)計(jì)時(shí)間靜置一段時(shí)間，等渾濁沉淀后，分別取樣測(cè)其吸光度 根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選出最優(yōu)組，用最優(yōu)組進(jìn)行反應(yīng)，用重鉻酸鉀法測(cè)其COD。用最優(yōu)組進(jìn)行COD去除率測(cè)定。測(cè)COD用重鉻酸鉀法，加熱回流過(guò)程在COD消解儀中進(jìn)行。最佳條件下模擬染料廢水的COD去除率測(cè)定其出水色度。103.2水質(zhì)指標(biāo)與分析方法 3.2.1 545nm吸光度（A545nm）將配置好的模擬染料廢水在分光光度計(jì)可見(jiàn)光范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)掃描，最后確定了最大吸收波長(zhǎng)為545nm。通過(guò)測(cè)定A545nm的值，來(lái)計(jì)算脫色率 113.2.2

6、 脫色率測(cè)定方法脫色率計(jì)算公式為A0代表反應(yīng)前原水的吸光度nA代表反應(yīng)后染料廢水的吸光度 3.2.3 pH的調(diào)節(jié)（1）用蒸餾水沖洗pH計(jì)，沖洗干凈后用蒸餾水校對(duì)（2）將pH計(jì)放入模擬酸性染料廢水中，測(cè)定其pH。用交投滴管吸取稀硫酸，緩慢滴加到模擬廢水中，直到要求的pH值。123.2.4 CODCOD測(cè)定步驟1 移液管移水樣5.00mL于消解罐中，加入5.00mL消解液（重鉻酸鉀），即時(shí)搖勻，再加入5.00mL催化劑（硫酸-硫酸銀溶液），搖勻。2 另做一空白樣，加5.00mL蒸餾水，其他照加。3 放入COD消解器進(jìn)行消解。4 消解液倒入錐形瓶中，沖洗消解罐3次，加2滴指示劑，用硫酸亞鐵銨回滴，顏

7、色由黃經(jīng)藍(lán)綠至紅褐色，即為終點(diǎn)5 標(biāo)定硫酸亞鐵銨溶液 c硫酸亞鐵銨溶液濃度，mol/LV0滴定空白樣量, mLV1滴定水樣量, mLV水樣體積，5mL133.3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的正交設(shè)計(jì)：在影響芬頓反應(yīng)的因素中挑選過(guò)氧化氫，pH，硫酸亞鐵，反應(yīng)時(shí)間做四因素，設(shè)計(jì)一個(gè)四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行正交優(yōu)化；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表如右因素過(guò)氧化氫硫酸亞鐵時(shí)間pH水平12 mlL-10.4g20nin3水平23 mlL-10.5g30min4水平34 mlL-10.6g40min5144、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論正交試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)過(guò)氧化氫(mlL-1)硫酸亞鐵(g)pH反應(yīng)時(shí)間(min)原水A處理后水A去除率120.532

8、00.21850.015193.13220.64300.012694.24320.45400.058173.43430.54400.019091.34530.65200.064970.32630.43300.012894.63740.55300.060572.32840.63400.023189.47940.44200.029986.3315正交實(shí)驗(yàn)討論在所選定的影響因素中，過(guò)氧化氫的初始濃度對(duì)廢水中COD的去除率影響最大，其次是溶液pH，再次是催化劑硫酸亞鐵，最后是反應(yīng)時(shí)間，即所選影響因素由大到小的關(guān)系為：過(guò)氧化氫pH硫酸亞鐵反應(yīng)時(shí)間 其最佳反應(yīng)組合是A2B1C1D2，此時(shí)過(guò)氧化氫加入量3m

9、l/L，硫酸亞鐵加入量是0.4g，溶液pH是3，反應(yīng)時(shí)間為30min 16最佳實(shí)驗(yàn)條件下COD去除率重復(fù)原水COD/(mgL-1)處理后COD/(mgL-1)COD去除率/%113727105292.34212364106691.38313126106291.91平均8817單因素實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)氧化氫硫酸亞鐵pH18pH為3，過(guò)氧化氫滴加3ml/L，硫酸亞鐵加入0.4g 反應(yīng)開(kāi)始的前40min的時(shí)間內(nèi)，色度去除率隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，尤其在前20min內(nèi)的變化很明顯，當(dāng)時(shí)間超過(guò)30min后脫色率上升很緩慢，由正交實(shí)驗(yàn)知，脫色率94%是該實(shí)驗(yàn)?zāi)壳澳苓_(dá)到的上限。在40min

10、時(shí)脫色率達(dá)到了92%，可以認(rèn)為該反應(yīng)基本停止了，脫色率不會(huì)再隨著時(shí)間的上升而上升了 時(shí)間單因素19過(guò)氧化氫單因素pH為3,硫酸亞鐵加入0.4g，反應(yīng)時(shí)間為30min （1） （2） （3） （4） （5）20廢水的脫色率的去除率呈現(xiàn)先增加而后下降的變化趨勢(shì)，這種試驗(yàn)變化現(xiàn)象被認(rèn)為是當(dāng)溶液中過(guò)氧化氫的濃度較低時(shí)，隨著染料廢水中過(guò)氧化氫濃度的增加，促進(jìn)了反應(yīng)(1)進(jìn)行使得產(chǎn)生的羥基自由基量增加。當(dāng)過(guò)氧化氫過(guò)量時(shí)，就會(huì)主要發(fā)生(2)(3)(4)(5)反應(yīng)，羥基自由基產(chǎn)生的少，脫色效果不好，并且還會(huì)產(chǎn)生三價(jià)鐵離子絮凝物，是吸光度測(cè)定出現(xiàn)偏差21硫酸亞鐵單因素影響pH為3，過(guò)氧化氫滴加3 mlL-1，反

11、應(yīng)時(shí)間為30min （1） （2）體系中的亞鐵離子濃度過(guò)低時(shí)(1)(2)反應(yīng)速率很低產(chǎn)生的羥基自由基很少，所以去除率低但當(dāng)亞鐵離子濃度過(guò)量時(shí)，一方面加速反應(yīng)的進(jìn)行，在反應(yīng)剛開(kāi)始便產(chǎn)生大量的羥基自由基，由于副反應(yīng)等因素造成的羥基自由基浪費(fèi)較大，從而消耗掉體系中的過(guò)氧化氫，溶液中形成的鐵離子絡(luò)合物 22pH單因素影響過(guò)氧化氫滴加3 mlL-1，硫酸亞鐵加入0.4g，反應(yīng)時(shí)間為30min由于Fenton試劑是在酸性的環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生羥基自由基，在中性和堿性條件下，亞鐵離子均不能催化過(guò)氧化氫而產(chǎn)生羥基自由基對(duì)有機(jī)污染物質(zhì)進(jìn)行降解，因?yàn)閬嗚F離子在溶液中的存在形式與溶液的pH值有很大的關(guān)系 pH值在2

12、.0附近時(shí)脫色率最大，為94%當(dāng)pH值為6.0時(shí)，脫色率很小，只有52%。當(dāng)pH值大于7.0后，廢水的色度和染料濃度也基本維持初始態(tài)羥基自由基理論反應(yīng)作用機(jī)理可以解釋為，隨著溶液中pH值的增加，不僅抑制了羥基自由基的產(chǎn)生，而且溶液中的亞鐵離子多數(shù)以氫氧化物的形式沉積，從而失去催化能力 23圖從左至右分別是pH為3、4、5和6。24實(shí)驗(yàn)結(jié)論本論文通過(guò)對(duì)Fenton氧化降解偶氮染料廢水的研究,得到以下的結(jié)論：1）Fenton反應(yīng)能有效的氧化降解偶氮染料廢水,在偶氮染料模擬廢水染料初始濃度50mg/ l，初COD13000mg/ l ，過(guò)氧化氫加入3滴 ，反應(yīng) 40 min 是Fenton反應(yīng)體系最

13、佳的操作條件，對(duì)溶液中COD 的去除率在 96.0%以上，尤其對(duì)廢水中染料的去除率達(dá) 94.63%，對(duì)廢水色度的去除率達(dá) 94.63%以上，F(xiàn)enton法對(duì)廢水中色度和COD 的去除效果，非常明顯。2）過(guò)氧化氫是Fenton反應(yīng)體系最主要的影響因素，隨著染料溶液中過(guò)氧化氫初始濃度的增加，色度的去除率呈現(xiàn)先增加而后下降的變化趨勢(shì)。當(dāng)過(guò)氧化氫在3 mlL-1時(shí)色度去除率最好。3）亞鐵離子是Fenton反應(yīng)發(fā)生的必要條件，隨著初始亞鐵離子加入量的增加，色度的去除率增加，當(dāng)硫酸亞鐵0.4g時(shí)，色度去除率最高,隨著硫酸亞鐵的添加會(huì)產(chǎn)生黃色絮凝沉淀，色度去除率反而下降。254）反應(yīng) 40min 后色度去除率基本維持穩(wěn)定的狀態(tài)，F(xiàn)enton反應(yīng)體系對(duì)染料廢水的氧化降解的速