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通祥集團壓濾機公司氧化技術處理廢水的研究與應用

通祥集團壓濾機公司氧化技術處理廢水的研究與應用

一、概述與引言

聯系人：高經理銷售電話：13880843666，18008001800，13881743058通祥集團官方網站:http://www.kjd338.com/

摘要：利用芬頓( Fenton) 法對造紙廢水生化出水進行深度處理，考察了廢水pH 值、反應時間、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，反應時間為30 min，出水CODCr可降至60 mg /L 以下，色度的去除率可達到74%，可以滿足更為嚴格的造紙廢水排放標準，為進一步的工程設計提供依據。
關鍵詞: Fenton 試劑; 深度處理; 造紙廢水
前言：
1894 年，H． J． Fenton 發(fā)現了采用Fe2 + / H2O2體系能氧化多種有機物［1］。1964 年加拿大學者H． R． Eisenhaner將Fenton 試劑法成功的應用到處理苯酚廢水和烷基廢水上［2］。近年來，Fenton 法成功的用于多種工業(yè)廢水的處理日益受到國內外的關注［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。反應中產生的羥基自由基( ·OH) 是一種氧化能力很強的自由基，能氧化廢水中的有機物，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系統(tǒng)，也不會分解產生新的有害物質［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行深度處理試驗，考察了反應時間、進水pH 值、FeSO4投加量和H2O2投加量對色度和CODCr去除效果的影響。
二、芬頓試劑的反應機理

 Fenton 技術所應用的Fenton 試劑之所以具有很強的氧化能力， 是因為其中含有Fe2+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，其反應機理如下：
               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 試劑處理有機物的實質就是羥基自由基與有機物發(fā)生反應。
三、芬頓試劑的分類

1標準芬頓試劑

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

針對標準芬頓法過氧化氫的利用率低、有機物礦化不充分等缺點, 人們把光照(紫外光或可見光)引入標準芬頓體系, 形成了光-芬頓試劑。反應體系在光的照射下, 可以提高其處理效率和對有機物的降解程度, 降低Fe2+ 的用量, 保持H2O2較高的利用率。光-芬頓試劑具有很強的氧化能力, 對有機物礦化程度較好, 但其缺點是處理費用較高。隨著對芬頓法的進一步研究, 人們把草酸鹽引入光-芬頓體系中, 發(fā)現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, 由于電化學作用, 使反應機制得到改善, 從而提高了試劑的處理效果。該法綜合了電化學反應和芬頓氧化, 充分利用了二者的氧化能力。它與光-芬頓法相比自動產生H2 O2的機制較完善。導致有機物降解的因素較多, 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

根據上述Fenton試劑反應的機理可知，OH ·是氧化有機物的有效因子，而[Fe2+]、[H2O2]、[OH-]決定了OH·的產量，因而決定了與有機物反應的程度。影響該系統(tǒng)的因素包括溶液pH值、反應溫度、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;
試驗水質: 試驗用水取自河南某造紙廠生化出水，水質特征: pH 值為6 ～ 9，CODCr為110mg /L，色度為100 度。
2.試驗方法

取300 mL 水樣置于500 mL 燒杯中，用H2SO4或NaOH 調節(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，反應一段時間后取出，調節(jié)其pH 值至中性，取上清液進行分析，采用國家標準分析方法測定COD 和色度。
3.處理工藝流程

六．結果與討論

1.反應時間與色度、CODCr去除率的關系

試驗條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度= 100倍，pH = 5． 00，FeSO4投加量= 400 mg /L，30% H2O2投加量= 200 mg /L，通過調節(jié)停留時間來調節(jié)反應時間。試驗結果見圖1。

        圖1 反應時間與色度、COD 去除率的關系
由圖1 可知，在前30 min 內，CODCr和色度的去除率隨反應時間的延長而增加，而30 min 后，CODCr和色度的去除率趨于平緩。這表明，反應前段時間主要是生成新生態(tài)的·OH，反應一段時間隨著生成·OH 量增多，這時分解破壞一些難分解的有機物占主導地位，反應后期，隨著·OH 量的減少和難降解物質的減少，CODCr的去除率趨于穩(wěn)定。
2． 2 pH 值對色度、CODCr去除率的關系

試驗條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度為100倍，FeSO4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節(jié)廢水的pH 值。試驗結果見圖2。

      圖2 反應pH 值與色度、COD 去除率的關系
 
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 試劑的作用機理有關，H + 濃度高，對Fenton 反應有抑制作用，影響Fe2 + 的催化再生及·OH 的產生; 當pH 較高時，不僅抑制了·OH 的產生，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去除率的關系
試驗條件: 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量來調節(jié)Fe2 + 濃度。試驗結果見圖3。

      圖3 FeSO4投加量與色度、COD 去除率的關系
由圖3 可知，當催化劑Fe2 + 濃度較小時，不利于催化反應的充分進行，產生的·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，在短時間內使·OH 的濃度達到很高，部分·OH 來不及與有機物反應便發(fā)生了相互間的自由基反應［10］，從而降低了對·OH 的利用率。
2．4 H2O2投加量對色度、CODCr去除率的關系
試驗條件: 初始CODCr = 110 mg /L，色度= 100倍，pH = 5． 00，FeSO4投加量= 400 mg /L，加入不同的H2O2溶液。試驗結果見圖4。

 
       圖4 H2O2投加量與色度、CODCr去除率的關系
 
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。這是因為Fenton 氧化作用主要靠H2O2在Fe2 + 的催化作用下產生·OH來去除有機物，所以H2O2的投加量直接影響著Fenton 的氧化效果。當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 的產生。聯系人：高經理銷售電話：13880843666，18008001800，13881743058通祥集團官方網站:http://www.kjd338.com/
七．結語

( 1) 評價結果表明，浐河河段NH3-N 指標未出現超標現象，上游段的高橋、咸寧橋斷面COD、BOD指標，均已達到II 類水質標準。中游段的長樂橋斷面、華清橋斷面的COD、BOD 指標嚴重超標。下游段的浐灞大道、浐河口斷面的COD、BOD 指標出現較嚴重超標，監(jiān)測均值為劣V 類水質。總之，浐河咸寧橋以上斷面河段均滿足相應水質標準，咸寧橋以下河段由于受到排污的影響污染嚴重，主要污染因子為COD，監(jiān)測均值已超過Ⅴ類水質標準。
( 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 指標均未出現相應水質標準的超標現象。A 號壩斷面與三郎村斷面COD、BOD 指標相對于Ⅳ類水質標準，出現超標現象，而NH3-N 指標達到了Ⅳ類水質標準。北繞城高速斷面COD、BOD、NH3-N 指標出現嚴重超標，COD 監(jiān)測均值為劣V 類水質。總之，灞河在浐灞交匯口以上斷面沒有污染源排放，該區(qū)段水質較好滿足相應水質標準，灞河在浐灞匯合后的河段受到浐河河段排污以及618 渠污水的影響，為劣Ⅴ類水質。

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