难降解印染废水处理方法-科普123

难降解印染废水处理方法

安健环2023-02-11 22:09:22百科知识库

难降解印染废水处理方法

印染废水具有水质、水量变化大，有机物含量高，成分复杂，色度大，可生化性差等特点[1-2]。其中含有大量残余染料、浆料及化学助剂等高分子化合物，采用传统的生化法已很难连续有效处理该类废水，因此有必要采用经济有效的物化方法，对印染废水中难降解物质进行分解，提高废水的可生化性，以配合后续的生物处理方法，从而达到对印染废水的有效处理。对于印染废水，采用微电解与Fenton 工艺进行组合处理，利用微电解后产生的Fe2+，作为Fenton 试剂中的铁源，从而达到脱除色度、降解COD，节约药剂的效果。

文章采用微电解+Fenton 组合工艺预处理东莞兴发线业有限公司印染废水原水，探讨了该工艺的反应条件和反应机理，获得较好的处理效果。

1 实验部分

1.1 实验材料

(1)废水来源与水质：印染废水取自东莞市兴发线业有限公司，原废水水质指标见表1。

(2)铁碳填料(Fe∶C=1∶1，粒径：0.5～2 mm)；H2O2(质量分数为30 %，分析纯)；NaOH 溶液和H2SO4 溶液调节pH。

1.2 分析方法

COD的测定采用重铬酸钾法；色度测定采用稀释倍数法；亚铁离子测定采用邻菲啰啉分光光度法；pH由PHS-25酸度计测定；BOD5由BOD5测试仪测定。

2 实验结果与讨论

2.1 微电解

在铁碳微电解反应中，对微电解反应条件的影响主要有pH，反应时间和铁碳比等因素，据文献报道[3-4]，当微电解铁碳比例为1∶1 时，效果最佳，故设定填料铁碳比为1∶1，并综合考虑各种因素，采用不同pH，不同反应时间进行实验，并判断各因素对处理效果的影响。

2.1.1 pH 对COD去除率的影响

由于pH 影响到微电池的电位差，从而影响了微电解的运行效果，因此在反应时间30 min 的条件下，采用NaOH 溶液调节不同pH，考察pH 变化对微电解运行效果影响，结果如图1 所示。

图1 pH 对COD去除率的影响

图2 反应时间对COD去除率的影响

由图2 可知，COD去除率总体上是随着水样pH 的升高而降低，这是因为酸性越强，微电池电位差越大，电极反应越容易进行；而当pH 过低时，废水中的Fe2+浓度很高，铁屑表面容易发生钝化，从而影响处理效果。

2.1.2反应时间对COD去除率的影响

反应时间也是微电解反应的一个主要影响因素[5]。由图3 可知，随着反应时间的增加，COD去除率随着升高，但是当反应时间增加到一定程度时，COD去除率并没有明显提升，而是稳定在一定的范围，并且出现小幅度的波动，这是由于填料中的活性炭对有机物的吸附和脱附所致，综合考虑处理效果和设备造价，反应时间取30 min。

经过不同pH 和反应时间的微电解反应后，水样的色度均由原来的700 倍降低到80～100 倍，均有较高的去除效果，所以在微电解中色度的去除率受反应时间和pH 的变化影响不大。同时由于pH 和反应时间均会影响Fe2+的溶出量，当pH=3，反应时间为30 min 微电解后，水样中Fe2+含量约为200 mg/L。而在后续Fenton反应中，Fe2+的最佳投加量为125～250 mg/L[6-7]，故使用pH=3，反应30 min 的微电解出水水样进行后续的Fenton 反应，可以有效的利用微电解中产生的Fe2+，作为Fenton 试剂，可以大大减少投药量，又能很好的弥补微电解的不足，有效的降解COD。

2.2 Fenton 氧化

影响Fenton 氧化的因素比较多，如H2O2 和亚铁离子的投加量、pH、反应时间和反应温度等，对于不同的反应体系，各操作条件的影响也存在一定的差异。

研究表明[10]，20～40 ℃是Fenton 氧化反应的最适温度，同时考虑到工程应用，故Fenton 反应的温度采用印染废水本身温度35 ℃。Fenton 氧化反应时间在60 min 有最佳效果，继续增加反应时间对处理效果并没有明显提升，所以Fenton 的反应时间设定为60 min。

所以采用pH=3 微电解30 min 后印染废水水样，在水温35 ℃，通过设定不同pH 和不同双氧水投加量，进行Fenton 氧化实验，并分析pH 和H2O2 投加量两个主要因素对处理效果的影响。

2.2.1 H2O2 投加量对COD去除率的影响

由图4 可知，随着H2O2(30 %)投加量的增加，COD去除率随着提高，当H2O2 加入量达到7.5 mL/L 时，Fenton 氧化对COD有最佳去处效果，去除率达到60.9 %～64.6 %，而随着投加量的进一步增加，COD去除率反而有所下降。从Fenton 试剂链式反应机理[9]分析，随着双氧水投加量的增加，在Fe2+的催化下，反应产生的羟基自由基·OH 随之增加，而当双氧水浓度增加到一定程度，则发生如下反应：

H2O2+·OH→H2O+HO2· (1)

Fe2++HO2·→Fe(HO2·)2+ (2)

所以当继续增加双氧水时，H2O2 与已有的·OH 反应，消耗掉部分·OH 和H2O2，同时，产生的HO2·又与Fe2+反应，抑制了Fe2+的催化作用，使继续增加的H2O2 无法产生·OH，使得体系中的·OH浓度降低，因此最佳的H2O2 投加量为7.5ml/L。

2.2.2 pH 对COD去除率的影响

按照经典的Fenton 反应理论，Fenton 氧化必须在酸性条件下进行[10]，在中性或碱性条件下，Fe2+以氢氧化物的形式沉淀而失去催化效果。由图4，在4 个相同的H2O2 投加量下，当pH=4 时，COD去除最高，其次为pH=2，pH=6 时COD去除率最低。根据Fenton 氧化机理，存在如下反应式：

H2O2+Fe2+→OH-+·OH+Fe3+ (3)

Fe3++H2O2→Fe2+ +HO2·+H+ (4)

Fe3++HO2·→Fe2++O2+H+ (5)

当反应的pH 较高时，OH-会抑制反应(3)，从而抑制·OH 的生成，对反应极为不利；而当反应的pH 较低时，虽然对反应(3)有明显的促进作用，但却对抑制了反应(4)和(5)，造成Fe3+不能及时的被还原为Fe2+，限制了Fe2+的浓度和催化作用，从而使Fenton氧化效益降低。因此在pH=4 时，Fenton 的氧化能力最佳。

同时，Fenton 氧化除了对COD有一定的去除效果，在其反应后调节至偏碱性，还可通过Fe2+、Fe3+产生的氢氧化物进行絮凝，对色度也有一定的去除效果，澄清后水样的色度可降低至15～20 倍。