朱洪涛
( 华北电力大学环境科学与工程学院, 河北保定071003)
[ 摘要] 对采用UV- Fenton 催化氧化反应处理印染废水的主要影响因素及其处理效果的影响进行了实验研究。
主要考察了FeSO4·7H2O 的投加量和H2O2 的投加量、pH、反应时间、投加方式等对色度和COD 去除率的影响。正交
实验结果显示, UV- Fenton 催化氧化反应对色度和COD 都有较好的去除效果。在0.1 mol /L FeSO4·7H2O 的投加量
为1.5 mL, 30%H2O2 的投加量为2 mL, pH 为3, 反应时间为3 h, H2O2 分三次投加的情况下, 色度去除率达到90.4%,
COD 去除率达到86.2%。同时与Fenton 反应和UV- H2O2 反应处理方法进行了比较实验, 结果表明, UV- Fenton 处理
效果最佳。
[ 关键词] Fenton 试剂; 紫外线; 印染废水; 催化氧化
[ 中图分类号] X703.1 [ 文献标识码] B [ 文章编号] 1005 - 829X( 2006) 03 - 0053 - 03
Abs tract: The effects of main factors of UV- Fenton oxidation process on the dyeing wastewater treatment efficiency
have been studied. Parameters such as the dosage of FeSO4·7H2Oor H2O2, pH, treatment time and the ways of feeding
are investigated in terms of the removal rates of chromaticity and COD. The orthogonal experimental results showthat
UV- Fenton oxidation process is effective for the treatment of the dyeing wastewater. The removal rates of chromaticity
and CODare over 90.4% and 86.2% respectively in 30 minutes reaction with 0.1 mol /L FeSO4·7H2O1.5 mL, 30%H2O2
2 mL and pH = 3. Furthermore, the dyeing wastewater’s treatment effect by Fenton, UV- H2O2 and UV- Fenton
oxidation process is compared. The result indicates that UV- Fenton oxidation process is optimal.
Key words : Fenton’s reagent; ultraviolet; dyeing wastewater; catalytic oxidation
Experimental s tudy on the treatment of dyeing was tewater
by UV- Fenton oxidation proces s
Zhu Hongtao
(School ofEnvironmental Science and Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)
印染废水是工业废水排放大户, 其中含有大量毒
性大的染料、助剂以及固体物质, 是对环境污染严重
的工业污染源之一。国内外对印染废水治理技术研究
开发了多种, 但由于成分复杂、色度深、水质变化大、
可生化性差等特点, 治理上仍存在许多问题。
近年来, 由于羟基自由基的强氧化性, 基于羟基
自由基生成的化学处理方法———高级氧化技术日益
受到研究人员的关注, 特别是对染料脱色处理的研
究非常活跃〔1～5〕。其中光催化氧化反应可利用光和氧
化剂联合作用时产生的强烈氧化作用, 氧化分解废
水中的有机污染物质, 使废水的各项污染指标大幅
度降低, 该方法具有简便、快速、无二次污染的特点。
笔者对印染废水进行了Fenton 反应、UV - H2O2 反应
和UV- Fenton 反应处理的研究, 结果表明, UVFenton
反应处理效果最佳, 是一种较为有效的处理
印染废水的方法。
1 实验部分
1.1 实验原理
Fenton试剂(Fe2++H2O2) 是一种强氧化剂, 常用于
废水高级氧化处理以去除COD、色度等, 当辅助于紫
外光照射时, 即UV- Fenton 反应极大地提高了传统
的Fenton 氧化的处理效率, 同时减少了试剂的用量。
H2O2 在UV 照射条件下, 产生·OH:
H2O2+ hν→ 2·OH
Fe2+在UV 光照条件下, 可以部分转化为Fe3+,
所转化的Fe3+在pH 为5.5 的介质中可以水解生成
羟基化的Fe(OH) 2+, Fe(OH) 2+在紫外光作用下又可
以转化为Fe2+, 同时产生·OH:
Fe(OH) 2+→ Fe2++·OH
由于上式的存在使得过氧化氢的分解速率远大于
亚铁离子或紫外催化过氧化氢分解速率的简单加和。
UV- Fenton 反应氧化有机物的一般历程为:
Fe2++H2O2 → Fe3++ OH- +·OH
Fe3++H2O2 → Fe2++HO2·+H+
Fe2++·OH→OH- + Fe3+
RH+·OH→R·+H2O
R·+ Fe3+→R++ Fe2+
R++O2 →ROO+→ ⋯ →CO2+H2O
同时有机物在氧化过程中, 会产生中间产物草
酸, 草酸和铁离子混合后, 可形成稳定的草酸铁络合
物Fe(C2O4) +、Fe(C2O4) 2
- 、Fe(C2O4) 3
3- , 它们是光化学
活性很高的物质, 在紫外光的照射下, 草酸铁络合物
极易发生光降解反应:
2[ Fe(C2O4) n] (3- 2n) → 2Fe2++ ( 2n - 1)C2O4
2- + 2CO2
光还原生成的Fe2+与H2O2 再进行Fenton 反应。
1.2 实验仪器与药品
实验仪器: 722 型分光光度计; 79HW- 1 磁力加
热搅拌器; 800 型离心沉淀器, pHS- 25 型数显酸度
计; 石英紫外线杀菌灯220 V, 20 W; COD 测定装置。
药品: 30%H2O2( 分析纯) ; FeSO4·7H2O( 分析纯) 。
1.3 实验水质
实验废水取自保定某印染厂, 原水pH 为4.5,
COD 为1 220 mg/L, 色度为0.583( 分光光度法测平
均吸光度) 。
1.4 实验和分析方法
取印染废水水样, 加入一定量的FeSO4·7H2O
溶液, 用酸将其pH 调整为一定数值, 然后加入一定
量的H2O2, 置于紫外光灯下照射, 静态处理一定时
间后取清水进行水质测定。
色度采用分光光度法测定; COD 采用重铬酸钾
标准法测定。
2 实验结果及分析
2.1 正交实验结果与讨论
用实际废水进行静态正交实验, 因素、水平
是对若干单色模拟废水处理工艺条件研究的基
础上确定的, 分别是30%H2O2 的投加量、0.1 mol /L
FeSO4·7H2O 的投加量、水样的pH 和反应时间等4
个因素。每个因素取3 个水平, 正交实验因素及水
平见表1, 实验结果见表2。
表1 L9( 34) 正交实验因素及水平
注: 1)A 为30%H2O2 的投加量(mL) ; 2)B 为0.1mol /LFeSO4·7H2O 的
投加量(mL) ; 3)C 为pH; 4)D 为反应时间( h) 。
表2 正交实验结果与极差分析
由极差分析可知, 影响COD 去除率的4 因素重
要性顺序为A>D>B>C。H2O2 的投加量为最敏感因
素, 对处理结果的影响最大, pH 的影响最小。根据表
中Ki 值分析, 本研究的最佳实验条件为A3B2C2D3。即
30% H2O2 的投加量为2 mL, 0.1 mol /L FeSO4·7H2O
的投加量为1.5 mL, pH 为3, 反应时间3 h。
2.2 H2O2 投加方式对废水处理效果的影响
前述实验中H2O2 都是一次加入的, 反应后取
样分析。在投加量相同的情况下, H2O2 采取分批投
加, 处理结果见表3。实验条件: 30% H2O2 的投加量
为2 mL, 0.1 mol /L FeSO4·7H2O 的投加量为1.5 mL,
pH 为3, 反应时间3 h。两次投加时间间隔为1 h。
表3 H2O2 不同投加方式下的处理效果
由表3 可见, 采取分批投加要比一次性投加处理
效果好。原因是一次投加时, 废水中H2O2 浓度短时间
内较大, 导致部分H2O2 产生无效分解, 从而降低了
COD和色度的去除率。分批投加时, [H2O2] /[Fe2+] 相
对降低, 即催化剂浓度相对提高, 从而使·OH 的产
率增大, 提高了H2O2 的利用率。
2.3 最佳实验条件下的处理结果
在最佳实验条件下进行实验, 同时H2O2 采取分
批投加, 结果见表4。实验结果表明, 在最佳处理条
件下, 印染废水经UV- Fenton 催化氧化处理后,
COD 和色度去除效果较好。
水平
因素
A B C D
1 1 1 2 1
2 1.5 1.5 3 2
3 2 2 4 3
实验
序号
A B C D
色度去
除率/%
COD去
除率/%
1 1 1 1 1 38.3 27.9
2 1 2 2 2 54.5 50.3
3 1 3 3 3 42.8 45.0
4 2 1 2 3 71.4 66.7
5 2 2 3 1 47.7 51.3
K3
R
188.0
64.8
166.4
16.6
158.8
11.6
183.8
41.2
6
7
8
9
K1
K2
2
3
3
3
123.2
186.0
3
1
2
3
157.1
173.7
1
3
1
2
168.0
170.4
2
2
3
1
132.6
180.8
80.6
69.5
83.1
53.8
68.0
62.5
72.1
53.4
H2O2 投加方式一次性投加分两次投加分三次投加
COD去除率/% 82.5 84.7 86.1
色度去除率/% 85.4 87.6 90.2
表4 最佳实验条件下的废水处理效果
2.4 不同处理方法比较
取实际废水进行Fenton 反应、UV- H2O2 反应和
UV- Fenton 反应处理实验。处理结果见表5。
表5 实际印染废水不同处理方法比较
3 结论
( 1) 紫外光和铁离子对过氧化氢分解生成羟基自
由基具有催化作用, 可强化过氧化氢的氧化能力。
UV- Fenton 反应处理印染废水, COD 和色度去除率
比Fenton 反应和UV- H2O2 反应两种方法的加和还
高。色度去除率达到90.4%, COD 去除率达到
86.2%。
( 2) 该方法处理效果主要取决于催化氧化条件,
本实验确定的最佳条件为: 30%H2O2 的投加量为
2 mL, 0.1 mol /L FeSO4·7H2O 的投加量为1.5 mL, pH
为3, 反应时间3 h。
( 3)H2O2 采用分批投加方式效果较好, 因一次
性投加时废水中H2O2 浓度短时间内较大, 导致部分
H2O2 产生无效分解从而降低了COD 和色度的去除
率。
( 4)UV- Fenton 催化氧化处理印染废水具有去
除率高、操作方便、不产生二次污染等优点, 是一种
绿色环保处理技术。
[ 参考文献]
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处理方法COD去除率/% 色度去除率/%
Fenton反应26.0 44.9
UV- H2O2 反应10.4 30.9
UV- Fenton 反应82.5 85.4
编号COD去除率/% 色度去除率/%
1 86.4 90.7
2 86.1 90.2
3 86.2 90.2
[ 作者简介] 朱洪涛(1970 — ) , 1995 年毕业于河北大学, 硕士, 副教
授。电话: 0312- 5060634, E-mail: zhuhtmy@163.com。
[ 收稿日期] 2005 - 10 - 16( 修改稿) |
