劉智峰

（陜西理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001）

吸附－氧化聯(lián)合法處理印染廢水的研究

劉智峰

（陜西理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001）

采用改性花生殼為吸附劑、Fenton試劑為氧化劑聯(lián)合處理印染廢水，考察了花生殼的投加量、pH值、H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量、攪拌時(shí)間等因素對(duì)廢水COD去除效果的影響，結(jié)果表明，最佳處理?xiàng)l件為：改性花生殼投加量為 1.0 g／L，pH 值為 4，H2O2投加量為 0.3 mL／L，F(xiàn)eSO4·7H2O投加量為 1.0 g／L，在 350 r／min 下攪拌 20 min，此時(shí) COD 去除率達(dá) 85.7%。

花生殼；Fenton試劑；吸附；氧化；印染廢水

我國(guó)是紡織印染大國(guó)，紡織印染行業(yè)排放的廢水約為 3×106～ 4×106m3／d［1］，占整個(gè)工業(yè)廢水排放量的35%。印染廢水具有以下兩大特點(diǎn)［2］：（1）成分復(fù)雜，色度大，有機(jī)物含量高；（2）水質(zhì)、水量及pH變化大。目前印染廢水的處理方法有：化學(xué)法、物化法和生物法。高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）作為化學(xué)處理方法的一種，因其高效性和簡(jiǎn)易性逐漸引起人們的重視。其中Fenton氧化法氧化能力強(qiáng)，它是利用Fe2＋與H2O2組合而成的一種具有強(qiáng)氧化性的試劑。其處理原理是，在酸性條件下，以Fe2＋作為催化劑，H2O2分解產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基·OH，使有機(jī)物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，碳鏈斷裂，最終氧化為二氧化碳和水，從而使廢水中的COD大大降低［3］；同時(shí) Fe2＋被氧化，在一定 pH 值條件下生成的Fe（OH）3為膠狀懸浮物，具有良好的絮凝、吸附作用，可部分去除水中有機(jī)物，因而Fenton試劑兼有氧化和絮凝雙重作用［4］。

近年來(lái)，利用花生殼制備吸附劑已引起人們的重視，將其用于廢水處理方面的研究也有報(bào)道?；ㄉ鷼r(jià)廉、易得，且改性后具有與活性炭相同的屬性，其粉末中的酚羥基、氨基等對(duì)水溶液中有機(jī)色團(tuán)具有較好的交換、結(jié)合能力［5］，因而用其作為吸附劑來(lái)處理印染廢水不但成本很低，而且吸附效果較好，推廣前景廣闊。本文采用改性花生殼和Fenton試劑分別作為吸附劑和氧化劑，通過(guò)尋求吸附—氧化聯(lián)合處理法的最佳反應(yīng)條件，研究其對(duì)印染廢水的處理效果，為解決印染行業(yè)的污染問(wèn)題提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 廢水水質(zhì)

印染廢水取自西安市某印染廠，廢水的污染物指標(biāo)為：COD 為 564.48 mg／L，色度為 800倍，pH 值為 7.94。

1.2 改性花生殼的制備［6］

稱取過(guò)0.5 mm篩并經(jīng)水洗的花生殼50 g，置于2500 mL的大燒杯中，加入500 mL 1 mol／L磷酸溶液，攪拌1 h后，離心去除殘余液體，用75℃去離子水清洗，去除游離的磷酸，然后在50℃下烘干備用。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

98－1磁力攪拌器；電子秤量天平；101－1型電熱鼓風(fēng)干燥箱；E－201－C型pH計(jì)；錐形瓶（250 mL）；酸式滴定管；具塞比色管（50 mL）；容量瓶（1000 mL）。

1.4 分析方法

COD采用標(biāo)準(zhǔn)回流法測(cè)定［7］；pH值采用pH計(jì)測(cè)定［7］；色度采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定［7］。

2 結(jié)果與討論

2.1 花生殼投加量對(duì)色度及COD去除率的影響

取5份各100 mL印染廢水于5個(gè)潔凈干燥的燒杯中，調(diào)節(jié)花生殼投加量分別為 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g／L，攪拌 30 min，過(guò)濾后分別測(cè)量其COD值和色度，結(jié)果如圖1。

圖1 花生殼粉末對(duì)色度及COD去除率的影響

由圖1可知，由于花生殼具有巨大的比表面，因而有與活性炭相同的屬性，故在一定范圍內(nèi)脫色率隨著花生殼投加量的增加而增大，但當(dāng)花生殼投加量超過(guò)一定量時(shí)，就會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，繼續(xù)投加反而會(huì)使廢水中有機(jī)物含量增加，導(dǎo)致色度及COD的去除率隨花生殼投加量的增加而逐漸降低。綜合考慮，花生殼的最佳投加量為1.0 g／L， 處理后廢水的脫色率為 81.25%，COD 去除率為 57.40%。

2.2 pH值對(duì)COD去除率的影響

取5份各100 mL印染廢水于5個(gè)潔凈干燥的燒杯中，調(diào)節(jié) pH 值分別為 2、3、4、5、6，控制每個(gè)燒杯中花生殼投加量為1 g／L，H2O2加入量為1 mL／L，F(xiàn)eSO4·7H2O 的加入量為 0.5 g／L，攪拌 30 min，過(guò)濾后分別測(cè)量其COD值，結(jié)果如圖2。

圖2 pH值對(duì)COD去除率的影響

由圖2可知，COD去除率隨著pH值升高而增大，當(dāng)pH值為4時(shí)，COD去除率達(dá)到最大，可達(dá)56%，此后隨著pH值升高COD去除率逐漸下降。這是因?yàn)榻档蚿H值有利于自由基HO·的產(chǎn)生，而升高pH值則相反，但pH值過(guò)低又會(huì)限制Fenton 反應(yīng)速率，因?yàn)椋跢e（H2O）5OH］2＋在強(qiáng)酸性下形成［Fe（H2O）6］2＋［8］，而［Fe（H2O）6］2＋催化 H2O2產(chǎn)生 HO·自由基的能力較［Fe（H2O）5OH］2＋弱，因此產(chǎn)生的HO·自由基會(huì)減少，從而限制反應(yīng)速率；而pH值在4附近時(shí)，H2O2相對(duì)穩(wěn)定，生成HO·自由基速度適中，因而COD的去除率達(dá)到最大；當(dāng)pH≥5時(shí)，H2O2分解為H2O和O2的速率加劇，可催化分解為HO·自由基的H2O2有效濃度大幅度降低，故COD的去除率又隨著pH值的升高而降低。綜合考慮，反應(yīng)的最佳pH值為4。

2.3 FeSO4·7H2O投加量對(duì)COD去除率的影響

取5份各100 mL印染廢水于5個(gè)潔凈干燥的燒杯中，調(diào)節(jié)pH值均為4，控制每個(gè)燒杯中花生殼投加量均為1 g／L，H2O2投加量均為1 mL／L，每個(gè)燒杯中分別加入 FeSO4·7H2O 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g／L， 攪拌 30 min， 過(guò)濾后分別測(cè)量其COD值，結(jié)果如圖3。

從圖3中可知，COD去除率起初隨著Fe2＋濃度的升高而增大， 當(dāng) FeSO4·7H2O 為 1.0 g／L時(shí)，COD 去除率最高，可達(dá) 71.49%，此后隨著 Fe2＋濃度的升高，COD去除率反而呈下降趨勢(shì)。這是由于對(duì)于一定量的印染廢水，F(xiàn)eSO4·7H2O存在最佳投加量 1.0 g／L，低于這個(gè)量，則 Fe2＋催化能力不足，不能產(chǎn)生足量的HO·自由基來(lái)氧化分解廢水中的有機(jī)污染物；而高于這個(gè)量，則在所有預(yù)期的HO·自由基被激發(fā)產(chǎn)生之前，就因Fe2＋濃度過(guò)高而自行將部分HO·自由基淬滅，造成試劑的無(wú)效使用和浪費(fèi)。綜合考慮，F(xiàn)eSO4·7H2O的最佳投加量為 1.0 g／L。

圖3 FeSO4·7H2O投加量對(duì)COD去除率的影響

2.4 H2O2投加量對(duì)COD去除率的影響

取5份各100 mL印染廢水于5個(gè)潔凈干燥的燒杯中，調(diào)節(jié)pH值均為4，控制每個(gè)燒杯中花生殼投加量均為 1 g／L，F(xiàn)eSO4·7H2O 投加量均為 1 g／L， 每個(gè)燒杯中分別加入 H2O20.1、0.3、0.5、1.0、1.5 mL／L，攪拌 30 min，過(guò)濾后分別測(cè)量COD值，結(jié)果如圖4。

圖4 H2O2投加量對(duì)COD去除率的影響

由圖4可知，COD去除率起初隨著H2O2濃度的升高而增大，當(dāng)H2O2的濃度達(dá)到0.3 mL／L時(shí)，COD去除率也達(dá)到最高，為85%，此后COD去除率隨H2O2濃度的增加呈下降趨勢(shì)。這是由于起初增大H2O2的濃度，能提高反應(yīng)產(chǎn)生HO·自由基的濃度，因此也能快速去除COD，但同時(shí)H2O2也能和有機(jī)物競(jìng)爭(zhēng)與自由基HO·、HO2·反應(yīng)而淬滅自由基HO·、HO2·，并且H2O2過(guò)量越嚴(yán)重，對(duì)初始產(chǎn)生的HO·自由基淬滅作用越強(qiáng)烈，因此當(dāng)H2O2超過(guò) 0.3 mL／L 后，COD 去除率反而隨著H2O2的升高而下降。綜合考慮，H2O2的最佳投加量為 0.3 mL／L。

2.5 攪拌時(shí)間對(duì)COD去除率的影響

取5份各100 mL印染廢水于5個(gè)潔凈干燥的燒杯中，調(diào)節(jié)pH值均為4，控制每個(gè)燒杯中花生殼投加量均為 1 g／L，H2O2投加量均為 0.3 mL／L，F(xiàn)eSO4·7H2O加入量均為1 g／L，控制攪拌時(shí)間分別為 10、20、30、40、50 min， 過(guò)濾后分別測(cè)量其COD值，結(jié)果如圖5。

由圖5可知，COD去除率隨攪拌時(shí)間的增大而增大，但從20 min開始COD去除率與攪拌時(shí)間曲線開始變得平緩，從20～50 min COD去除率僅僅增加了1.17%，這說(shuō)明Fenton反應(yīng)在攪拌20 min后已基本完成。綜合考慮，取20 min為最佳攪拌時(shí)間。

3 小結(jié)

（1）單獨(dú)使用改性花生殼作為吸附劑處理印染廢水具有很好的脫色效果（可達(dá)81.25%）和較好的COD去除效果（可達(dá)57.40%）。

（2）改性花生殼吸附與Fenton試劑氧化相結(jié)合處理印染廢水，可使COD去除效果明顯加強(qiáng)，最佳處理?xiàng)l件為：改性花生殼投加量為1.0 g／L，pH 值為 4，H2O2投加量為 0.3 mL／L，F(xiàn)eSO4·7H2O投加量為 1 g／L， 在 350 r／min 下攪拌 20 min，此時(shí)COD去除率達(dá)85.7%。

（3）花生殼產(chǎn)量巨大，具有可再生性，將其用于處理印染廢水，能實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化；另一方面，以改性花生殼作為吸附劑，以Fenton試劑作為氧化劑的吸附－氧化法聯(lián)合處理印染廢水效果優(yōu)于單獨(dú)處理，工藝簡(jiǎn)單，易于操作，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

圖5 攪拌時(shí)間對(duì)COD去除率的影響

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2011－02－17