鐵炭法與過氧化氫投加比例

1、本帖最后由 cdpulin 于 2010-5-5 17:00 編輯 4 y$ 5 J9 t2 s2 W& ) 3 : G( F2 9 Z$ l% F; 1 F8 v鐵炭微電解Fenton試劑聯(lián)合氧化深度處理印染廢水的研究4 g$ n) $ o* G摘要：采用鐵碳微電解Fenton聯(lián)合氧化技術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用量反應時間。并通過單因素實驗確定在最佳反應條件下：pH為23，H2O23.2mL/L，鐵碳體積比為1：1，反應時間為90min，COD的去除率能夠達

2、到90%以上，色度去除率為99%，鹽度去除率為64%。各項指標均達到了印染水的回用指標。0 Z+ 6 B7 s4 O& a: y2 n4 L3 l# ) $ N* M/ v. g9 W+ Z- T# - ?關鍵詞：鐵碳微電解；Fenton試劑；印染廢水；深度處理。" . 0 g0 8 F( S. X& B* C" c8 s$ U4 S; ?  c) l8 o* Y9 _' M中圖分類號：X703.1               &#

3、160;           文獻標識碼：A1 y' _* N# V+ r2 X" G2 l" f6 L4 / N4 H9 - D' l* h5 NStudy on advanced treatment of printing and dyeing wastewater by joint oxidation technology of iron-carbon micro-electrolysis and          

4、;      ! - L$ o1 K7 K/ & r2 U9 6 lFenton reagents5 R6 i% s' |5 o9 X5 l- y" T* u. p0 . G0 Y- yJIANG Xing-hua1，LIU Yong-jian2，JIN Liang-ji1& g- n& m  S4 u1 y8 c1 m* E" " _# i, 9 j3 A(1. Department of Environmental Science and Engineering,Suzhou&#

5、160; Univ.of Science and Technology. Suzhou 215011 China; Department of Chemical and Biological Engineering,Suzhou  Univ.of Science and Technology. Suzhou 215011 China;). k) 4 k1 I0 H3 u5 y: W$ o5 L- v, ' P% s" L3 q7 b; CAbstract   Advanced treatment of printing and

6、 dyeing wastewater by joint oxidation technology of iron-carbon micro-electrolysis and Fenton reagents was studied. Orthogonal array experiments was designed to study the different degree of  impact on the treatment effection.The result was pH volume ratio of iron and carbon H2O2 dosagerea

7、ction time. It is found by single-factor experiments that the best experimental conditions are as follows: pH is 2to 3，H2O2 dosage is 3.2mL/L，volume ratio of iron and carbon is1:1，reaction time 90min.In this condition,the removal rates of COD ，chroma and salinity can reach 91%,99% and64% respectivel

8、y.Each met the reuse requirements of printing and dyeing water.0 D' ! l& Q, ?5 i4 j( z. h# # 4 7 K) X0 m1 & j5 KKey words: iron-carbon micro-electrolysis；Fenton reagents；printing and dyeing wastewater；advanced treatment.4   q1 e% Q6 r. H/ N7 ?0 |* a! R, c% L9 t1 n3 b引言) ; L3 |!

9、 P2 / r! X/ ?3 P3 v* O* B! G/ F( T5 N# ) E/ a    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雜的有機物（34），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，還應防止無機鹽的積累。8 Q- t" c  G8 A$ V# U3

10、 n) B7 r2 , L: R$ Y& r6 y鐵碳微電解，于上世紀70年被前蘇聯(lián)最先應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)被廣泛應用于印染（3）、農藥（67）、制藥（5）、制漿造紙（89）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準。. _6 W+ F4 k4 v: T  |. f9 C/ H- g1 s/ l6 U1 " b: m9 z& z1反應機理# |6 n6 H7 0 L6 N/ J3 W

11、  L+ X6 % H( w   以鑄鐵屑和焦炭或活性炭作為電極材料，當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流動。其電極反應為（89）：7 r! T! % n  q+ _+ n* n, D( E陽極： Fe-2e=Fe2+    E0（Fe2+/Fe）=0.44V' R/ N) + 0 Z& O4 n2 b/ X# N7 R& ( f6 r6 Y& g0 x陰極： 2H+2e=H2 

12、     E0(H+/H2)=0.00V1 i1 y6 3 ' ( . |- W. D* h( s6 M4   當有氧氣存在的情況下，發(fā)生如下的反應：+ V. I% ?* 7 n$ X2 C; M& l* w- K5 Z: u  x: b8 X* v. gO2+4H+4e=2H2O(酸性條件)   E0(O2)=1.23V( l; j; I7 / T; E% L& h: p0 s; G+ u& y; nO2+2H2O+4e=4OH(中性或堿性條件)  E

13、0(O2/H)=0.40V2 E/ 6 g% K+ y; h5 E3 M% W( E: . l! N# P: 6 7 S( U; 5 H電極反應生成的新生態(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；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（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(1112)如Cr3+其吸附性能遠遠高于一般的Fe（OH）3絮凝劑(13)。- t6 H4 O) z& J; G3 L7 X3 m&quo

14、t; ( Y/ c' m5 U& Y9 f. I0 d& U5 在酸性條件下，加入H2O2與電解產(chǎn)生的Fe2+構成了Fenton試劑，F(xiàn)enton試劑的處理效果比單純的H2O2的處理效果好很多。其反應機理如下(1415)：- _7 V. C; O  h. |  n) W: D7 K5 t% & _; PFe2+ H2O2 Fe3+OH-+HO·        (1)3 e  w0 X7 0 8 8 v( N% e: J2 k/ U+

15、c% _( x, E5 rFe3+ H2O2 Fe2+H+HOO·        (2): 9 C/ t5 L. u3 0 U3 e3 _)   t: u0 zFe2+ HO· Fe3+OH-                        (3)3 X' % Q: C$ n, W% d6 ?# _" + v# k6 3

16、|, J- ) l3 i. UH2O2+ HO·  H2O+HOO            (4)9 M5 G: P* f9 p& X. / . V, M0 v* p1 j  s8 X8 v- IFe2+ HOO· Fe3+OOH-                    (5)+ ?/ y; s. 1 s, H/

17、 D, X9 # / |1 1 u$ p# p, PFe3+ HOO· Fe2+ H+O2                  (6)% ?& D5 # U6 4 T) r2 U& F5 Y$ B" - S9 1 b! , P2 R+ A* 生成的具有很高的活性，能夠將廢水中的污染物迅速降解。降解機理為(16):8 b4 |( j2 j+ w# c3 8 , F6 0 k5 0 w1 o7 x  w. h' u9

18、VRH+ HO·  R·+ H2O               (7)" U+ y. m! . N5 D6 q8 l% d9 * SR·+O2  ROO·                   (8)7 ' : C: n* I2 u8 h, n' t  L

19、3 W3 F9 iROO·+HO·+O2 ······ CO2+ H2O (9)' F$ W& ' e2 g& Z, |' d, 9 / L' x% K1 U: G2 i2 實驗內容與方法1 U- o1 S: f8 p6 . ?6 1 M7 B5 M; p5 G) x6 t2.1儀器和材料, z9 j- T/ r  J! B; 6 x9 K) 1 tPHB-8型筆式PH計、JY3002型電子天平、可調萬用電爐、2DZ-2xu2波紋管藥液計量泵、SH

20、-3循環(huán)水多用真空泵。: E9 R) t0 m8 n" M4 U# M: _' L, u( n; U- I鑄鐵屑取自某學校金工實習廠，為卷曲狀的鐵條，長4mm，寬1mm。活性炭為分析純顆?；钚蕴俊嶒炗玫腍2SO4、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。6 # h$ w- c$ R6 S2.2實驗裝置/ o4 a$ V  F) A* Y/ ; b4 k- 實驗裝置采用鐵碳固定床反應器，如下圖：0 Y6 B1

21、y* ) n$ w下載 (37.65 KB)2010-5-5 17:00; A: A+ d& m- $ Q, f+ D6 K! : v   e( p4 ; X0 G1 L5 K  |& R# I                     圖1  鐵碳微電解深度處理印染廢水實驗裝置3 p9 y( P4 v# O1 l5 f, V& L( R, 2.3鐵碳預處理4 d$ l+ v

22、9 i0 Z3 |1 a+ X' u! L) P鑄鐵屑：先用5%熱NaOH堿洗10min，除掉鐵屑表面的油分；后用10%的稀H2SO4浸泡10min，除掉表面的氧化物。后用自來水沖洗干凈備用。% v! l6 i4 E7 E! C& a' c活性炭：先用自來水沖洗，后用原水充分浸泡72h，使之吸附接近飽和，消除吸附對電解實驗的影響。' o1 D6 d. o3 p. y2.4試驗方法' o9 V* g. v6 & v( x+ l將處理的好的鐵屑和活性炭按照實驗所需的比例裝入反應器中，鐵碳體積占反應器體積的2/3。取250mL廢水調節(jié)值所需的pH值，同

23、時加入適量的H2O2，進水后在反應器底部進行曝氣，出水通過回流泵全部回流至反應器中。通過控制循環(huán)時間來控制鐵碳反應的時間。反應90min后取樣調節(jié)pH值至810,靜置30min后取上清液進行測定其CODCr、色度及鹽度，并計算其去除率。7 v; 6 n/ Y* Y: P2.5檢測指標及分析方法, j& - f8 B! W3 ECOD:重鉻酸鉀法；色度：稀釋倍數(shù)法（GB193-89）。pH：酸度計測量，鹽度：電導率計算.' H+ K2 w" J1 4 g. o5 4 n3 結果與討論4 S4 H) l; S: V! g( j3.1反應條件的正交試驗5 h6 E7 A,

24、J% m  R6 y綜合考慮鐵碳微電解和Fenton反應中的各影響因素，確定影響去除率的因素主要有四個，分別是：pH值、H2O2用量、鐵碳體積比和反應時間。并確定了每個因素的三個水平，見表1。據(jù)此設計正交試驗，實驗結果及極差分析見表2.8 B9 H. f& i& p, _9 表1 正交試驗因素和水平# q% q3 b" H2 V+ r9 R7 # y 因素水平ApH值BH2O2用量（mL）C鐵碳體積比D反應時間（min)1232340.40.60.81:12:11:2456090  M' q- f/ t- i$ K+ 9

25、 I, y4 I* i6 D表2 正交實驗結果. ) j) _& ) 8 D 編號- x1 B  + C  J! 3 U- g/ A/ J! C3 s7 D5 k+ t- x& |' 影響因素, H" ! K# F, 8 e3 . Z  5 M  T( l! A/ q5 I3 ) v  X2 y& L' B, h: e" i& q: H0 ( a. y     加堿混凝出水- c5 z6

26、Y  % O7 " p& QABCD% E& a$ N; L/ 6 a+ O. Z出水COD     去除率. s4 |' H7 D6 S; G. N" L1 k（mg/L）      （%）1 S7 w6 1 S4 r4 p" m- x17 ) x/ ) & H2- N1 m/ X9 i! . l* a/ y' x3$ q2 v% Z; b/ ' _. A9 K4) h6 H; X4 W1 , S, j3 J: E5

27、7 e+ H( 2 # e3 ; D& N1 61 v4 9 k2 u. x* X4 b6 G5 A% F( E7! i. ; D1 k  s7 n83 R* V& w3 j/ k6 G' u, m; U, U9! w0 r+ J, e# I4 m3 f2 K17 K" Y0 n* 7 AK2' Z- N: e, ! a0 KK3  Q* L3 y$ z% 8 w0 W極差+ B- D9 C5 j5 q9 B4 m22233344484.4683.0575.9710.3780.40.60.80.40.60.80.

28、40.60.879.5581.5382.403.231:12:11:22:11:21:11:21:12:182.9579.7780.753.5945609090456060904580.6580.9681.871.427 I; / Z0 p" U71.43          84.137 H3 F6 9 j  R; ?: + w2 F75.4           83.24" q% K7 t2 o3 X/ S0 i6

29、3             86; P1 N- k5 R: B4 y86.6           80.76/ x4 9 Z3 e- p78.74          82.57 N/ p6 & a  E* ) z: K3 G2 x63.5           85.893

30、 J' y' ?8 q; w% i& p; o1181         73.76& g' 7 - J. t+ h6 95.2           78.840 S/ ?4 w2 U+ w3 w# H/ n8 Q& % 111.11         75.317 L. W/ W6 j4 N( V3 3 S2 j1 L! T; Z) + 正交試驗的結果

31、如表2所示，分析可知對COD去除的影響的大小分別為A>C>B>D。pH是影響去除率的最大的因素。通過上述實驗確定的最佳的實驗條件組合為：pH為2，H2O2用量為3.2mL/L，鐵碳比為1:1,電解反應時間為90min。/ X% " Q  T6 N0 x# k  E, A2 k7 G3.2 進水pH值對對COD去除率的影響6 e# A5 i8 Y0 o5 p& P: h取250mL廢水，確定H2O2用量為3.2mL/L，鐵碳比為1:1,鐵碳反應時間為90min，分別對進水pH值為1、2、3、4、5進行研究，實驗結果表明，

32、在各pH值下處理出水pH均在5.7左右。對COD去除情況如圖2。5 c: Q0 w( w2 & d+ e' f. 1 Q$ X4 c2 C. O7 由圖2可知，pH值在23時對COD的去除率達到90%，當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（17）。在一定范圍內，原電池反應速度隨pH的降低而加快。因此當pH值較高時，微電解程度有所降低，導致COD去除率降低；然而當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