果綠廢水預(yù)處理試驗(yàn)

果綠廢水預(yù)處理試驗(yàn)研究

摘要：果綠是一種易溶于水的暗綠色粉末染料[1]，廣泛應(yīng)用于食品染色，主要成分為酸性艷綠SF。果綠結(jié)構(gòu)式中含有在水中不易生物降解比較穩(wěn)定的苯環(huán)結(jié)構(gòu)；另外，它還含有碳氮雙鍵的發(fā)色基團(tuán)，使得廢水色度很高。由于這種廢水色度高、濃度高、廢水的m（BOD5）/m（CODcr）很小，生物難降解，因此是目前較難處理的廢水之一。許多學(xué)者對(duì)Fenton試劑氧化有機(jī)物的機(jī)理以及它在低濃度有機(jī)廢水處理方面的應(yīng)用開(kāi)展了卓有成效的工作[2-6]。但在高濃度、高色度、難生物降解的染料廢水方面研究較少。本文研究了Fenton試劑處理高濃度、高色度、難生物降解的果綠染料廢水，以提高其可生化性，為該廢水的后續(xù)處理創(chuàng)造條件，最終為含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)物廢水的綜合治理提供參考和理論依據(jù)，減少環(huán)境污染。

關(guān)鍵字：果綠染料廢水Fenton試劑TestsofPretreatmentofWastewaterfromAFruitGreenDyestuffProduction

Abstract:TheCODcrinthewastewaterfromadyestuffproductionwas3500mg/L,withm(BOD5)/m(CODcr)=0.036.Orthogonalexperimentwascarriedouttodeterminetheoptilnumconditionsforthepretreat-mentofthesaidwastewaterbyFentonreagentmethod.Theresultsshowed:whentheinitialpHvalueofthewastewater=5.0,thefedamountofH2O2was0.16mol/LandthatofFe2+was4mmol/L,andthereactiontimewas90min,them(BOD5)/m(CODcr)increasedfrom0.036to0.3orevenhigherandthebiologicaltreatabilityofthewastewaterwasobviouslyimproved.

Keywords:wastewaterfromdyestuffproduction;wastewatertreatment;oxidation果綠是一種易溶于水的暗綠色粉末染料[1]，廣泛應(yīng)用于食品染色，主要成分為酸性艷綠SF?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。果綠結(jié)構(gòu)式中含有在水中不易生物降解比較穩(wěn)定的苯環(huán)結(jié)構(gòu)；另外，它還含有碳氮雙鍵的發(fā)色基團(tuán)，使得廢水色度很高。由于這種廢水色度高、濃度高、廢水的m（BOD5）/m（CODcr）很小，生物難降解，因此是目前較難處理的廢水之一。許多學(xué)者對(duì)Fenton試劑氧化有機(jī)物的機(jī)理以及它在低濃度有機(jī)廢水處理方面的應(yīng)用開(kāi)展了卓有成效的工作[2-6]。但在高濃度、高色度、難生物降解的染料廢水方面研究較少。本文研究了Fenton試劑處理高濃度、高色度、難生物降解的果綠染料廢水，以提高其可生化性，為該廢水的后續(xù)處理創(chuàng)造條件，最終為含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)物廢水的綜合治理提供參考和理論依據(jù)，減少環(huán)境污染。1材料與方法1.1材料

果綠廢水采用湖南某食品公司煎豆廢水，其水質(zhì)情況見(jiàn)表1。表1

廢水（果綠）的性質(zhì)顏色pH值ρ（CODcr)/((mg.L--1)ρ(BOD5)/(mmg.L-11)色度/倍深綠7.63500125100001.2試驗(yàn)方法

在300mL錐形瓶中加人果綠廢水50mL，先用NaOH或H2SO4調(diào)節(jié)溶液的pH值，然后加入一定量的濃度為1mol/L的FeSO4溶液，用玻璃棒攪拌均勻后，再加入一定量化學(xué)純H2O2（28％），放在磁力攪拌器上慢速攪拌，反應(yīng)一定的時(shí)間后，取樣檢測(cè)廢水的CODcr和BOD5，以便分析m（BOD5）/m（CODcr）的變化情況。2結(jié)果與討論2.1反應(yīng)條件的正變?cè)囼?yàn)

H2O2在堿性條件下不穩(wěn)定，容易分解，而在酸性條件下是穩(wěn)定的，幾乎不分解。但當(dāng)有Fe2+存在時(shí)，則發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)[7]：

Fe2++H2O2→Fe3++OH-+HO·（1）

反應(yīng)所產(chǎn)生的HO.自由基具有極強(qiáng)的氧化性，它是氧化有機(jī)物的有效基團(tuán)，可對(duì)果綠中的碳氮。碳碳雙鍵進(jìn)行加成，促使雙鍵分裂，改變其分子結(jié)構(gòu)，從而降低色度和改善廢水的生物降解性能。由（1）式可知，[Fe2+]，[H2O2]和[OH-]決定了HO·的產(chǎn)量，從而決定了與有機(jī)物反應(yīng)的程度。本研究采用正交試驗(yàn)對(duì)影響Fenton試劑氧化能力的因素進(jìn)行分析，來(lái)確定適宜的試驗(yàn)條件。正交試驗(yàn)因素如表2所示，試驗(yàn)結(jié)果如表3。表2

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)水樣/50mLc(H2O2)//(mol..L-1)c(Fe2+)//(mmoll.L-1)pH值反應(yīng)時(shí)間/minnABCD水平10.0842.030水平20.1683.060水平30.24125.090水平40.32167.0120表3

正交試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)序號(hào)c(H2O2)//

(mol.LL-1)c(Fe2+)//

(mmol..L-1)pH值反應(yīng)時(shí)間/

minnm(CODcr))/

m(BOOD5)ABCD

10.0842.0300.21020.0883.0600.26230.08125.0900.25640.08167.01200.20650.1642.0300.34960.1683.0600.40470.16125.0900.35380.16167.01200.41990.2442.0300.420100.2483.0600.570110.24125.0900.479120.24167.01200.505130.3242.0300.630140.3283.0600.620150.32125.0900.581160.32167.01200.569Ⅰj0.2410.4090.4230.430Ⅱj0.3810.4640.4240.445Ⅲj0.4940.4170.4290.436Ⅳj0.6000.4240.4400.403Rj0.3590.0550.0170.042由表3可以看出，因素對(duì)可生化性的影響大小的主次關(guān)系為：A＞B＞D＞C；即H2O2的投加量是主要因素，其次是Fe2+的投加量，再次是時(shí)間，而在酸性條件下pH值的影響較小。由于廢水的m（BOD5）/m（CODcr）在0.3到0.45有較好的可生化性，考慮到廢水處理的經(jīng)濟(jì)性，可以初步確定試驗(yàn)操作條件是：H2O2的投加量為0.16mol/L，F(xiàn)e2+的投加量為8mmol/L，反應(yīng)時(shí)間為60min，pH值為3.0。

2.2單因素優(yōu)化試驗(yàn)

為了進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)條件，根據(jù)以上確定的條件，取與上面相同的廢水進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

2.2.1H2O2投加量對(duì)廢水可生化性的影響

采用Fenton試劑處理果綠廢水的有效性和經(jīng)濟(jì)性，主要取決于H2O2的投加量。為確定適宜的H2O2投量，設(shè)置氧化劑投量為0.08，0.16，0.24，0.32，0.40mol/L進(jìn)行試驗(yàn)。Fe2+的投量為8mmol/L，pH值為5.0，反應(yīng)時(shí)間為60min。

從圖2可以看出，在本試驗(yàn)中廢水的可生化性隨著幾對(duì)。投量的增加而明顯地改善。但從成本考慮，0.16mmol/L的投加量就可以滿(mǎn)足后續(xù)生物處理的要求，當(dāng)H2O2超過(guò)0.32mol/L時(shí)，m（BOD5）/m（CODcr）值反而減小。這主要是因?yàn)樵谙獾倪^(guò)程中K2Cr2O7氧化了沒(méi)有反應(yīng)完的H2O2的緣故，使得CODcr值增大。2.2.2Fe2+投量對(duì)廢水可生化性的影響

Fe2+在Fenton試劑對(duì)有機(jī)物的作用過(guò)程中起催化作用[1,2,7,8]。在沒(méi)有Fe2+時(shí)，H2O2難以分解產(chǎn)生HO·，當(dāng)Fe2+的濃度很低時(shí)，則產(chǎn)生的自由基HO·很少，致使氧化有機(jī)物的反應(yīng)速度很慢。從圖3可知，F(xiàn)e2+投量在8－16mmol/L的情況下，m（BOD5)/m（CODcr）值最大，說(shuō)明廢水的可生化性在此階段是最好的，超過(guò)16mmol/L，m（BOD5)/m（CODcr）值有減小的趨勢(shì)，可能是過(guò)多的Fe2+與HO·發(fā)生了如下的反應(yīng)：

Fe2++HO·→Fe3++OH-（2）消耗了HO·，從而使得降解有機(jī)物的過(guò)程受到抑制。因?yàn)橥ㄟ^(guò)測(cè)定各水平反應(yīng)后的pH值發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2+投量為20mmol/L時(shí)，反應(yīng)后的pH值為1.46，而其它投量反應(yīng)后的pH值為1.20。另外，過(guò)高濃度的Fe2+，不僅內(nèi)耗了系統(tǒng)中的HO·，還降低了CODcr的去除率，而且增加了出水的色度，加大了廢水處理的成本?？紤]綜合因素，本試驗(yàn)中Fe2+的投量在4mmol/L時(shí)，就可以滿(mǎn)足后續(xù)生物處理的要求，且藥劑費(fèi)用較低。

2.2.3反應(yīng)時(shí)間的影響

當(dāng)H2O2投加量為0.16mol/L，F(xiàn)e2+投量為4mmol/L，調(diào)節(jié)廢水的pH值為3，在不同的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。廢水的可生化性變化情況如圖4。

圖4顯示加入Fenton試劑，前90min廢水中的m（BOD5）/m（CODcr）值隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，但增加的幅度是減少的，反應(yīng)時(shí)間到90min后，m（BOD5）/m（CODcr）值基本上趨于穩(wěn)定，可以說(shuō)明反應(yīng)到90min，廢水中HO.的濃度已很低，從而氧化有機(jī)物的速度很慢。從廢水的可生化性來(lái)看，反應(yīng)時(shí)間在90min時(shí)，就可以滿(mǎn)足后續(xù)生物處理的要求。

2.2.4溶液初始pH值的影響

當(dāng)H2O2投加量為0.16mol/L，F(xiàn)e2+投量為4mmol/L，反應(yīng)90min時(shí)，廢水的可生化性隨初始pH值的變化情況如圖5。Fenton試劑在不同的pH值下處理廢水，由圖5可以看出，m（BOD5）/m（CODcr）值在pH值為5.0處最大，而廢水呈堿性時(shí)，m（BOD5）/m（CODcr）值有下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)镕enton試劑中的Fe2+，F(xiàn)e3+在堿性條件下呈Fe（OH）2和Fe（OH）3的膠態(tài)物質(zhì)，從而抑制了HO·的生成，系統(tǒng)的氧化能力明顯下降，生成的可生物降解的物質(zhì)量減少，導(dǎo)致了廢水的可生化性降低。3結(jié)論通過(guò)正交試驗(yàn)確定了Fenton試劑體系中H2O2投量、Fe2+投量、廢水的初始pH值及反應(yīng)時(shí)間的影響程度，再考慮廢水可生化的條件和經(jīng)濟(jì)成本，通過(guò)單因素試驗(yàn)確定了最適宜的操作條件：H2O2投量為0.16mol/L，F(xiàn)e2+投量為4mmol/L，廢水的初始pH值為5.0，反應(yīng)時(shí)間為90min，對(duì)CODcr的質(zhì)量濃度為3500mg/L的難生物降解果綠廢水，可生化性大大改善，為后續(xù)生物處理創(chuàng)造了有利條件。參考文獻(xiàn)：[1]楊新瑋染料及有機(jī)顏料由北京；化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

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[5]祝