俞慧芳，葉瑞金

(景德鎮(zhèn)學(xué)院 生物環(huán)境工程學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333400)

隨著染料生產(chǎn)和印染行業(yè)的發(fā)展，染料廢水的治理與排放受到廣泛的關(guān)注。染料廢水具有水量大，污染物成分復(fù)雜，COD濃度高，含鹽量高，色度高等特點(diǎn)[1]，這增大了對(duì)染料廢水的處理難度。

高級(jí)氧化處理技術(shù)具有高氧化性、反應(yīng)速率快[2-5]、提高可生物降解性等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)有機(jī)廢水處理范圍廣，效果明顯。Fenton試劑法是一種高級(jí)氧化技術(shù)，常用于廢水高級(jí)處理，以去除CODcr和色度等。其氧化原理如下：

本實(shí)驗(yàn)研究運(yùn)用Fenton試劑法對(duì)模擬染料廢水進(jìn)行處理，探討處理過程中影響運(yùn)行的因素及運(yùn)行條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：pH-S300型觸屏式酸度計(jì)(江蘇盛華環(huán)?？萍加邢薰?；722可見光分光光度計(jì)(上海元析儀器有限公司)；JA41002電子天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)；KQ-100DV型數(shù)控超聲波清洗器(昆山式超聲器有限公司)。

實(shí)驗(yàn)藥品：亞甲基藍(lán)(天津市恒興化學(xué)有限公司，分析純)；七水硫酸亞鐵(西隴化工，分析純)；過氧化氫(30%)(上海振興化工一廠，分析純)；氫氧化鈉(西隴科學(xué)股份有限公司，分析純)；硫酸(西隴化工，分析純)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在初始濃度為10mg/L亞甲基藍(lán)溶液中加入一定量的亞鐵離子和過氧化氫，超聲振蕩，反應(yīng)過程中定時(shí)取樣，測(cè)定亞甲基藍(lán)的吸光度值。亞甲基藍(lán)溶液在波長(zhǎng)664nm處的吸光度值與濃度之間遵循朗伯-比爾定律，則廢水脫色率：

式中：D——脫色率(100%)；A0——反應(yīng)前溶液的吸光度；A——反應(yīng)后溶液的吸光度。

2 結(jié)果和討論

2.1 無(wú)催化劑的降解效果

加入H2O2的濃度固定為150mg/L，初始pH值為5，沒有催化劑的實(shí)驗(yàn)條件下，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，在沒有催化劑的條件下，H2O2的氧化效率不高，即使反應(yīng)1h脫色率還沒有達(dá)到30%。H2O2氧化有機(jī)廢水的機(jī)理是·OH與其他有機(jī)物相互作用達(dá)到降解的效果。在沒有催化劑的條件下，所能提供的·OH不多，不能與亞甲基藍(lán)充分反應(yīng)，因此去除率低，降解效果不理想。

圖1 H2O2的降解結(jié)果

2.2 H2O2濃度對(duì)去除率的影響

圖2 H2O2濃度對(duì)脫色率的影響

取亞甲基藍(lán)模擬廢水100 mL，調(diào)節(jié)pH值為5.3，加入一定量的亞鐵離子，改變過氧化氫的投加量為50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L，定時(shí)取樣，測(cè)量其吸光度值。數(shù)據(jù)如圖2所示。

從圖中看出，隨著過氧化氫投加量的增加，染料廢水的脫色率呈上升趨勢(shì)，H2O2濃度達(dá)到150 mg/L后，染料廢水的脫色率就不顯著了。因?yàn)檫^氧化氫投加量較低時(shí)，隨著投加量的增加，溶液中反應(yīng)產(chǎn)生的·OH濃度逐漸增加，所以廢水脫色率呈上升趨勢(shì)，當(dāng)H2O2濃度達(dá)到150mg/L后，染料廢水脫色率增加緩慢，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，本實(shí)驗(yàn)選用H2O2濃度150mg/L為固定投加量。

2.3 Fe2+濃度對(duì)去除率的影響

取亞甲基藍(lán)模擬廢水100 mL，調(diào)節(jié)pH值為5.3，過氧化氫的投加量為150mg/L，改變亞鐵離子的投加量為10mg/L、25mg/L、50mg/L、75mg/L、100mg/L，定時(shí)取樣，測(cè)量其吸光度值。結(jié)果如圖3所示。

由實(shí)驗(yàn)可知，在亞鐵離子投加量為10mg/L時(shí)，廢水的脫色率為23.69%，當(dāng)亞鐵離子投加量為25mg/L時(shí)，廢水的脫色率為66.73%，當(dāng)亞鐵離子投加量為50mg/L時(shí)，廢水的脫色率為68.94%，當(dāng)亞鐵離子投加量為75mg/L時(shí)，廢水的脫色率為72.9%。因此可知，亞鐵離子在溶液中起催化效用，當(dāng)溶液中存有的亞鐵離子濃度較低時(shí)，隨著亞鐵離子濃度的提高，·OH的濃度能較大幅度提高，催化效果明顯；而當(dāng)亞鐵離子濃度繼續(xù)提高時(shí)，發(fā)現(xiàn)脫色率并不能有效增加。

圖3 不同F(xiàn)e2+濃度對(duì)脫色率的影響

2.4 初始pH值對(duì)去除率的影響

取亞甲基藍(lán)模擬廢水100 mL，亞鐵離子的投加量為25 mg/L，H2O2的投加量為150 mg/L，調(diào)節(jié)廢水的pH值為3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，定時(shí)取樣，測(cè)量其吸光度值，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同pH值對(duì)亞甲基藍(lán)去除率的影響

2.5 初始亞甲基藍(lán)濃度對(duì)去除率的影響

固定H2O2的投加量為150 mg/L、亞鐵離子的投加量為25 mg/L、調(diào)節(jié)廢水pH值為5，改變亞甲基藍(lán)的濃度為10、20、30、40 mg/L，定時(shí)取樣，測(cè)量其吸光度值，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同廢水濃度對(duì)脫色率的影響

從圖5看出，亞甲基藍(lán)的初始濃度不同，會(huì)影響處理效果。亞甲基藍(lán)溶液的濃度越低， 處理效果會(huì)越好，但濃度越低，在對(duì)相同廢水量的處理情況下，需要的成本就越高，因此在進(jìn)行廢水處理時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮廢水的初始濃度。

2.6 反應(yīng)時(shí)間對(duì)去除率的影響

固定H2O2的投加量為100mg/L、亞鐵離子的投加量為40mg/L、廢水pH值為4，間隔1min中取樣，測(cè)量其吸光度值，結(jié)果如圖6所示。

圖6 反應(yīng)時(shí)間對(duì)脫色率的影響

從圖6中可知，廢水脫色率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增加，而且初始階段脫色率的變化速率高，這是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)e2+與H2O2快速反應(yīng)生成·OH，·OH具有很強(qiáng)的氧化能力，能與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，將有機(jī)物氧化為CO2和H2O，從而使廢水脫色率增大。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定時(shí)間后，廢水有機(jī)物濃度降低，·OH也被消耗，廢水脫色率變化速率趨于緩慢。

3 結(jié)論

本文通過Fenton試劑對(duì)亞甲基藍(lán)模擬染料廢水脫色率的實(shí)驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

⑴Fenton試劑法能有效解決染料廢水脫色問題；染料廢水脫色率隨著過氧化氫的投加量的增加而增加，當(dāng)過氧化氫的投加量達(dá)到一定量時(shí)，染料廢水脫色率增加緩慢；亞鐵離子的投加能有效去除染料廢水的色度，染料廢水的脫色率也會(huì)隨著亞鐵離子的投加量的增大而增大，但當(dāng)亞鐵離子投加量達(dá)到一定量時(shí)，染料廢水脫色率不能明顯增加；廢水的脫色率與廢水pH值和廢水的初始濃度及反應(yīng)時(shí)間有關(guān)，在所實(shí)驗(yàn)的條件下，廢水的pH值為5時(shí)最佳，且廢水的初始濃度越小，廢水的脫色率越高。

⑵根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，針對(duì)模擬染料廢水的Fenton試劑法處理，其較佳條件：pH值為5，過氧化氫投加量為150 mg/L，亞鐵離子投加量為25 mg/L。