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通祥集團(tuán)壓濾機(jī)公司氧化技術(shù)處理廢水的研究與應(yīng)用

通祥集團(tuán)壓濾機(jī)公司氧化技術(shù)處理廢水的研究與應(yīng)用

一、概述與引言

聯(lián)系人：高經(jīng)理銷售電話：13880843666，18008001800，13881743058通祥集團(tuán)官方網(wǎng)站:http://www.etzt.cn/

摘要：利用芬頓( Fenton) 法對造紙廢水生化出水進(jìn)行深度處理，考察了廢水pH 值、反應(yīng)時間、FeSO4投加量和H2O2投加量對廢水中色度和CODCr去除率的影響。結(jié)果表明: 在pH 值為5． 00、FeSO4投量為400 mg /L、30% H2O2投量為200 mg /L，反應(yīng)時間為30 min，出水CODCr可降至60 mg /L 以下，色度的去除率可達(dá)到74%，可以滿足更為嚴(yán)格的造紙廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，為進(jìn)一步的工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞: Fenton 試劑; 深度處理; 造紙廢水
前言：
1894 年，H． J． Fenton 發(fā)現(xiàn)了采用Fe2 + / H2O2體系能氧化多種有機(jī)物［1］。1964 年加拿大學(xué)者H． R． Eisenhaner將Fenton 試劑法成功的應(yīng)用到處理苯酚廢水和烷基廢水上［2］。近年來，F(xiàn)enton 法成功的用于多種工業(yè)廢水的處理日益受到國內(nèi)外的關(guān)注［3 － 6］。Fenton 法處理造紙廢水的原理是以H2O2為氧化劑、以亞鐵鹽為催化劑的均相催化氧化法。反應(yīng)中產(chǎn)生的羥基自由基( ·OH) 是一種氧化能力很強(qiáng)的自由基，能氧化廢水中的有機(jī)物，從而降低廢水的色度和COD 值［7 － 8］。該方法不需要特制的反應(yīng)系統(tǒng)，也不會分解產(chǎn)生新的有害物質(zhì)［9］。另外，加入的Fe2 + 和一部分被氧化成的Fe3 + 都可在中性或堿性環(huán)境中水解絮凝，因此可替代混凝作用。利用該方法對難生物降解的造紙廢水進(jìn)行深度處理試驗(yàn)，考察了反應(yīng)時間、進(jìn)水pH 值、FeSO4投加量和H2O2投加量對色度和CODCr去除效果的影響。
二、芬頓試劑的反應(yīng)機(jī)理

 Fenton 技術(shù)所應(yīng)用的Fenton 試劑之所以具有很強(qiáng)的氧化能力， 是因?yàn)槠渲泻蠪e2+和H2O2，H2O2被亞鐵離子催化分解生成羥基自由基（·OH），并引發(fā)更多的其他自由基，其反應(yīng)機(jī)理如下：
               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
Fenton 試劑處理有機(jī)物的實(shí)質(zhì)就是羥基自由基與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。
三、芬頓試劑的分類

1標(biāo)準(zhǔn)芬頓試劑

標(biāo)準(zhǔn)芬頓試劑是由H2O2 和Fe2+ 組成的混合體系, 它通過催化分解H2O2 產(chǎn)生的·OH 進(jìn)攻有機(jī)物分子奪取氫, 將大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物或礦化為二氧化碳和水等無機(jī)物。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是: 在黑暗中就能降解有機(jī)物, 節(jié)省了設(shè)備投資。主要缺點(diǎn)為: 反應(yīng)速率較慢, H2O2的利用率低, 有機(jī)物礦化不充分, 處理后的水可能帶有顏色, 較難應(yīng)用于飲用水的處理。
 2光-芬頓試劑

針對標(biāo)準(zhǔn)芬頓法過氧化氫的利用率低、有機(jī)物礦化不充分等缺點(diǎn), 人們把光照(紫外光或可見光)引入標(biāo)準(zhǔn)芬頓體系, 形成了光-芬頓試劑。反應(yīng)體系在光的照射下, 可以提高其處理效率和對有機(jī)物的降解程度, 降低Fe2+ 的用量, 保持H2O2較高的利用率。光-芬頓試劑具有很強(qiáng)的氧化能力, 對有機(jī)物礦化程度較好, 但其缺點(diǎn)是處理費(fèi)用較高。隨著對芬頓法的進(jìn)一步研究, 人們把草酸鹽引入光-芬頓體系中, 發(fā)現(xiàn)草酸鹽的加入可有效提高體系對紫外線和可見光的利用效果。
 3電-芬頓試劑

電-芬頓試劑就是在電解槽中通過電解反應(yīng)生成H2O2 或Fe2+ , 從而形成芬頓試劑, 并讓廢水流入電解槽, 由于電化學(xué)作用, 使反應(yīng)機(jī)制得到改善, 從而提高了試劑的處理效果。該法綜合了電化學(xué)反應(yīng)和芬頓氧化, 充分利用了二者的氧化能力。它與光-芬頓法相比自動產(chǎn)生H2 O2的機(jī)制較完善。導(dǎo)致有機(jī)物降解的因素較多, 除·OH 的氧化作用外,還有陽極氧化、電吸附等。
四、芬頓試劑的影響因素

根據(jù)上述Fenton試劑反應(yīng)的機(jī)理可知，OH ·是氧化有機(jī)物的有效因子，而[Fe2+]、[H2O2]、[OH-]決定了OH·的產(chǎn)量，因而決定了與有機(jī)物反應(yīng)的程度。影響該系統(tǒng)的因素包括溶液pH值、反應(yīng)溫度、H2O2投加量及投加方式、催化劑種類、催化劑與H2O2投加量之比等。
五、試驗(yàn)部分

1.試劑和廢水

試劑: 雙氧水( 30%) 、綠礬( 七水硫酸亞鐵) 、氫氧化鈉、濃硫酸均為分析純;
試驗(yàn)水質(zhì): 試驗(yàn)用水取自河南某造紙廠生化出水，水質(zhì)特征: pH 值為6 ～ 9，CODCr為110mg /L，色度為100 度。
2.試驗(yàn)方法

取300 mL 水樣置于500 mL 燒杯中，用H2SO4或NaOH 調(diào)節(jié)pH 值，再向廢水中加入一定量的硫酸亞鐵和雙氧水，迅速混合，反應(yīng)一段時間后取出，調(diào)節(jié)其pH 值至中性，取上清液進(jìn)行分析，采用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法測定COD 和色度。
3.處理工藝流程

六．結(jié)果與討論

1.反應(yīng)時間與色度、CODCr去除率的關(guān)系

試驗(yàn)條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度= 100倍，pH = 5． 00，F(xiàn)eSO4投加量= 400 mg /L，30% H2O2投加量= 200 mg /L，通過調(diào)節(jié)停留時間來調(diào)節(jié)反應(yīng)時間。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

        圖1 反應(yīng)時間與色度、COD 去除率的關(guān)系
由圖1 可知，在前30 min 內(nèi)，CODCr和色度的去除率隨反應(yīng)時間的延長而增加，而30 min 后，CODCr和色度的去除率趨于平緩。這表明，反應(yīng)前段時間主要是生成新生態(tài)的·OH，反應(yīng)一段時間隨著生成·OH 量增多，這時分解破壞一些難分解的有機(jī)物占主導(dǎo)地位，反應(yīng)后期，隨著·OH 量的減少和難降解物質(zhì)的減少，CODCr的去除率趨于穩(wěn)定。
2． 2 pH 值對色度、CODCr去除率的關(guān)系

試驗(yàn)條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度為100倍，F(xiàn)eSO4投加量為400 mg /L，H2O2投加量為200mg /L，通過往造紙廢水中加硫酸調(diào)節(jié)廢水的pH 值。試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

      圖2 反應(yīng)pH 值與色度、COD 去除率的關(guān)系
 
由圖2 可知，pH = 5 時，CODCr和色度的去除效果好，過高或過低的pH 使CODCr和色度的去除效果都有一定的下降。這主要跟Fenton 試劑的作用機(jī)理有關(guān)，H + 濃度高，對Fenton 反應(yīng)有抑制作用，影響Fe2 + 的催化再生及·OH 的產(chǎn)生; 當(dāng)pH 較高時，不僅抑制了·OH 的產(chǎn)生，同時也會使Fe2 + 和Fe3 + 生成氫氧化物沉淀而降低或失去催化作用; 同時較高的pH 值也能使H2O2產(chǎn)生無效分解，降低氧化效率。
2.3.FeSO4投加量對色度、CODCr去除率的關(guān)系
試驗(yàn)條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度= 100倍，pH = 5． 00，H2O2投加量= 200 mg /L，投入不同的FeSO4量來調(diào)節(jié)Fe2 + 濃度。試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

      圖3 FeSO4投加量與色度、COD 去除率的關(guān)系
由圖3 可知，當(dāng)催化劑Fe2 + 濃度較小時，不利于催化反應(yīng)的充分進(jìn)行，產(chǎn)生的·OH 的量較少，且后續(xù)的絮凝沉淀效果也差。Fe2 + 濃度過高，不僅使反應(yīng)后的出水色度增大，而且過量的Fe2 + 會使H2O2
分解速度過快，在短時間內(nèi)使·OH 的濃度達(dá)到很高，部分·OH 來不及與有機(jī)物反應(yīng)便發(fā)生了相互間的自由基反應(yīng)［10］，從而降低了對·OH 的利用率。
2．4 H2O2投加量對色度、CODCr去除率的關(guān)系
試驗(yàn)條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度= 100倍，pH = 5． 00，F(xiàn)eSO4投加量= 400 mg /L，加入不同的H2O2溶液。試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

 
       圖4 H2O2投加量與色度、CODCr去除率的關(guān)系
 
由圖4 可知，隨著H2O2用量的增加，色度和CODCr的去除率也隨著增加。這是因?yàn)镕enton 氧化作用主要靠H2O2在Fe2 + 的催化作用下產(chǎn)生·OH來去除有機(jī)物，所以H2O2的投加量直接影響著Fenton 的氧化效果。當(dāng)H2O2投加量繼續(xù)增加時，CODCr的去除率不僅沒增加反而下降，這說明在Fenton 氧化過程中，并不是H2O2濃度越高氧化效果越好，相反過量的H2O2會殘留在溶液中，而H2O2在CODCr的測量中可被重鉻酸鉀氧化，從而在一定程度上增加了出水的CODCr值。在H2O2過量的情況下，大量的Fe2 + 會在一開始就被氧化成Fe3 + ，消耗了H2O2
的同時又抑制了·OH 的產(chǎn)生。聯(lián)系人：高經(jīng)理銷售電話：13880843666，18008001800，13881743058通祥集團(tuán)官方網(wǎng)站:http://www.etzt.cn/
七．結(jié)語

( 1) 評價結(jié)果表明，浐河河段NH3-N 指標(biāo)未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，上游段的高橋、咸寧橋斷面COD、BOD指標(biāo)，均已達(dá)到II 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。中游段的長樂橋斷面、華清橋斷面的COD、BOD 指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。下游段的浐灞大道、浐河口斷面的COD、BOD 指標(biāo)出現(xiàn)較嚴(yán)重超標(biāo)，監(jiān)測均值為劣V 類水質(zhì)?？傊瑳汉酉虒帢蛞陨蠑嗝婧佣尉鶟M足相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，咸寧橋以下河段由于受到排污的影響污染嚴(yán)重，主要污染因子為COD，監(jiān)測均值已超過Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
( 2) 灞河浐灞交匯口以上斷面( 田王橋、C 號壩、B 號壩、灞河口) COD、BOD、NH3-N 指標(biāo)均未出現(xiàn)相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的超標(biāo)現(xiàn)象。A 號壩斷面與三郎村斷面COD、BOD 指標(biāo)相對于Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，而NH3-N 指標(biāo)達(dá)到了Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。北繞城高速斷面COD、BOD、NH3-N 指標(biāo)出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)，COD 監(jiān)測均值為劣V 類水質(zhì)?？傊?，灞河在浐灞交匯口以上斷面沒有污染源排放，該區(qū)段水質(zhì)較好滿足相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，灞河在浐灞匯合后的河段受到?jīng)汉雍佣闻盼垡约?18 渠污水的影響，為劣Ⅴ類水質(zhì)。

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