鐵炭法與過氧化氫投加比例

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鐵炭微電解-Fｅntｏｎ試劑聯(lián)合氧化深度處理印染廢水的研究

摘要：采用鐵碳微電解—Feｎｔon聯(lián)合氧化技術(shù)對印染廢水生化處理的出水進行深度處理。通過正交試驗考察了pH值、H２Ｏ2投加量、鐵碳體積比、反應(yīng)時間對處理效果影響的大小，分別為pH>鐵碳體積比〉Ｈ2O2用量>反應(yīng)時間。并通過單因素實驗確定在最佳反應(yīng)條件下：pＨ為2～3,H2Ｏ２３。2mＬ/L,鐵碳體積比為1:1，反應(yīng)時間為90mｉｎ，COＤ的去除率能夠達到９０％以上,色度去除率為9９％，鹽度去除率為64%。各項指標(biāo)均達到了印染水的回用指標(biāo)。

?關(guān)鍵詞：鐵碳微電解；Fentｏn試劑；印染廢水;深度處理。??中圖分類號：X70３。1

文獻標(biāo)識碼：A??Stuｄyonaｄvaｎｃedtreaｔmentofpｒiｎtingandｄyeingwastewaterbyｊoｉntoxｉdａt(yī)iｏnｔｅchnologｙofirｏｎ－carbonmicrｏ-electｒoｌｙsisand

Ｆentoｎrｅagｅnts??JIＡNＧXinｇ-ｈｕa１,LIＵYong-jiａｎ2，ＪINＬｉaｎg—ｊｉ１?

（1.ＤepartｍentoｆEnviｒｏnｍeｎtalScienｃeandEngiｎeeriｎg,Suzhｏu

Ｕniｖ.ofＳciｅｎceａndTechnｏloｇy。Suzhou２15011Chinａ;DepartmenｔoｆChemicalaｎdBiologｉcａlEnｇineeｒiｎｇ,Suzｈou

Univ。ｏfScieｎｃeandＴｅchｎologｙ。Suzhou21５01１China；）

Abｓtｒacｔ

Advanceｄtreaｔmentofpｒiｎtinｇａｎdｄyeiｎgwａｓtｅwaｔｅrｂyjointoxidatiｏｎtｅｃhnologyｏfｉron—ｃａrｂonmｉｃrｏ—elecｔｒolｙsisanｄＦentonｒeaｇentswasｓtuｄieｄ．Orthoｇｏｎalａrraｙexperｉmenｔswasdｅsignｅdtostudytｈedｉｆferentｄeｇreeof

iｍｐaｃtonthｅtreaｔmｅnteffｅctiｏn.ThｅresultwaｓｐＨ〉vｏlｕｍｅratiooｆirｏnａndｃaｒboｎ〉Ｈ２O２dosagｅ>ｒeactionｔimｅ。Itisｆｏｕndbyｓiｎgle-faｃtｏrexperｉmeｎｔsthatthｅbeｓteｘpｅrimenｔalcｏnditｉoｎｓａｒeasfoｌloｗs：pHis2to3,H2O2ｄosageiｓ３。２mL/L，ｖoｌumeratioｏfiroｎanｄcarbonｉs1:1,reａctｉontime9０ｍｉn.Inthiscondiｔｉon，theremovalratesofＣＯD，ｃhrｏmaanｄsａlinitycaｎrｅacｈ91％，99%and64%respectｉvely.Eachｍｅｔthereｕseｒeｑｕiremeｎtsofpｒiｎtinganｄｄyｅingwateｒ．??Ｋeｙwordｓ：ｉroｎ－carbｏnmicro—eｌecｔｒｏlｙsis；Ｆｅｎtonreagｅnts；ｐrinｔingaｎddｙeｉngwastewater；aｄvancｅdｔreatment.?

引言?

印染行業(yè)近幾年來需水量和排水量大幅增長（１)。對印染廢水的深度處理并進行回用，既能夠減少環(huán)境污染又能緩解水資源短缺的危機(２)。印染廢水二級出水色度高，COD難以去除,造成這種狀況的因素除了生物處理負荷低于實際要求的COＤ負荷以外，還因為廢水中存在大量的難以被生物降解的各種復(fù)雜的有機物（３～4)，如苯胺、硝基苯、偶氮染料等。因此印染廢水的深度處理主要是對ＣＯＤ和深度的去除（2)。此外，還應(yīng)防止無機鹽的積累.?

鐵碳微電解，于上世紀70年被前蘇聯(lián)最先應(yīng)用于印染廢水的處理中在具有使用范圍廣、處理效果好、使用壽命長、成本低廉及操作維護方便的特點（５)。，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于印染(3)、農(nóng)藥（6～7）、制藥(５）、制漿造紙（8~9）等廢水處理中。作者利用鐵碳微電解-Feｎtoｎ試劑聯(lián)合氧化技術(shù)對印染廢水的二級出水進行深度處理,使得出水達到了回用水的標(biāo)準。

1反應(yīng)機理?

以鑄鐵屑和焦炭或活性炭作為電極材料，當(dāng)材料浸沒在廢水中時，由于鐵和炭存在明顯的氧化還原電勢,，鐵屑和炭形成了許多微小的原電池，在鐵碳表面，電流在成千上萬個細小的微電池內(nèi)流動。其電極反應(yīng)為(8~9):??陽極:Fe-2e＝Fｅ２+

E0(Ｆｅ2+/Ｆe）=0．44V

?陰極：2H++2e=H2

E0（Ｈ+／H2）=0。0０V

當(dāng)有氧氣存在的情況下,發(fā)生如下的反應(yīng)：

?O２+4H＋＋4ｅ=2Ｈ2O（酸性條件）

E0（O2）=1.23V?

O2+2H2Ｏ+４ｅ=４OH—（中性或堿性條件)

E0（Ｏ2／Ｈ—）=０．40Ｖ??電極反應(yīng)生成的新生態(tài)的［H］等具有很高的活性（３），能夠跟廢水中多種組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)；同時，金屬鐵能夠和廢水中金屬活動順序排在鐵之后的重金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)(１0）;其次，經(jīng)鐵碳微電解處理后的廢水中含有大量的Fe2+，將廢水調(diào)制中性以及曝氣之后則生成絮凝性極強的Ｆe(OH）3，能夠有效的吸附廢水中的懸浮物及重金屬離子（１1～12)如Ｃｒ３+其吸附性能遠遠高于一般的Ｆe（ＯＨ）3絮凝劑（13）.

在酸性條件下,加入H2O2與電解產(chǎn)生的Fe2+構(gòu)成了Fentｏｎ試劑,Ｆenton試劑的處理效果比單純的H2O2的處理效果好很多。其反應(yīng)機理如下（14~15)：

Fｅ２++H2O２Fｅ3＋+OH—+HO·

（1)

Fｅ3++H2O2Fe2++H++HOO·

（2）

?Fe2＋+HＯ·Ｆｅ3++OＨ-

(３)??H2O2+HO·

Ｈ2O+HOO

(4)

Ｆe2++HOO·Fe3++OＯＨ—

（5)?

Fe3++HOO·Fe2＋＋Ｈ＋+Ｏ2

（6）?

生成的具有很高的活性，能夠?qū)U水中的污染物迅速降解。降解機理為（16）：

RH+ＨO·

Ｒ·+Ｈ2O

(7）?

R·+O２

ＲＯO·

(8）??ROO·＋HO·+O２······CO2+Ｈ2O(9)??2實驗內(nèi)容與方法??2.1儀器和材料

PHB－8型筆式PH計、JY３002型電子天平、可調(diào)萬用電爐、2ＤZ—２ｘu2波紋管藥液計量泵、SＨ－３循環(huán)水多用真空泵。?

鑄鐵屑取自某學(xué)校金工實習(xí)廠，為卷曲狀的鐵條，長4ｍｍ,寬1mｍ?；钚蕴繛榉治黾冾w?；钚蕴?。實驗用的H２SＯ４、Ca（OH）２、NａOＨ、H2O2（3０％）均為分析純試劑。廢水為蘇州某印染廠的A/Ｏ二級出水，ＣＯDＣｒ為450mg/L，色度為200（稀釋倍數(shù)法），pH為6，鹽度為250０mg/L.?2.2實驗裝置

實驗裝置采用鐵碳固定床反應(yīng)器，如下圖:?HYPＥRLINK”javasｃript:ｅxtenｄurｌ('”\ｌ"blｏgiｄ=4ｃ5７dｃ3401009iｊd＆urｌ=＇)"\t”＿selｆ”?由圖2可知,pH值在２～3時對COD的去除率達到90%,當(dāng)ｐH值過高或過低的時候降解效果都有所下降。在酸性條件下，有利于鐵碳原電池的反應(yīng)（１7）。在一定范圍內(nèi),原電池反應(yīng)速度隨pH的降低而加快。因此當(dāng)pH值較高時,微電解程度有所降低，導(dǎo)致COD去除率降低；然而當(dāng)pＨ值過低的時候，ＣOD去除率也相對的偏低,其原因如下：(1）在強酸性條件下，電極反應(yīng)過于劇烈，在電極表面生成大量的H2，大量的H２微泡在Ｆe電極和Ｃ電極中間形成一層氣膜阻礙了鐵碳之間形成穩(wěn)定的氧化還原電勢;（２）H2還阻礙了廢水中的帶電膠體通過電泳作用在電極上形成大的膠粒從而通過沉降除去。(3)強酸性條件下，F(xiàn)ｅ的腐蝕速度快，產(chǎn)生的過多的Fe２+與芬頓試劑氧化過程產(chǎn)生的具有強氧化性的羥基自由基發(fā)生反應(yīng)，降低了廢水中的羥基含量，使COＤ去除率也有所降低。因此，確定最佳反應(yīng)ｐH為２~3。?３．３鐵碳體積比對COD去除率的影響

取2５0mL廢水，確定進水pH值為2~3，Ｈ2O2用量為３.2mL／L，鐵碳反應(yīng)時間為90min,取鐵碳填料的體積比分別為１：１、1:２、１：3、2:1、3:１，實驗結(jié)果如下圖３，

由實驗結(jié)果可以看出，當(dāng)鐵碳的體積比在1:1的時候，反應(yīng)時間90ｍin，加入H2O2為3。2mＬ/L時，ＣＯD去除率可以達到９1。4％,但是當(dāng)鐵碳比過大或者過小時,相同的鐵碳填料體積中鐵碳所形成的Ｆe—C原電池的數(shù)量都較1:1時少，因此去除率有所下降。因此,確定最佳鐵碳體積比為1：1。

3．4H2Ｏ2加入量對CＯＤ去除率的影響

用２５0ml廢水，調(diào)節(jié)pH值為2~3，鐵碳體積比為1：1,分別加入0。６mL、０。8mＬ、1。0ｍL、1.２mL、1。4Ml３0％H2O２進行反應(yīng),反應(yīng)時間為90min，反應(yīng)結(jié)束后取水樣測定結(jié)果如圖4

實驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入H2O２較少時,隨著H2O2加入量的增加，CＯＤ的去除率不斷的增高,當(dāng)加入量為0．８mL時，即３．2ｍL／L時COD出去率達９0%以上。而隨