Fenton試劑處理弱酸艷藍染料廢水的試驗研究

黃 昊

（南平市邵武環境監測站，福建 邵武 354000）

印染工業是全球水污染的主要來源之一，其廢水排放對環境造成嚴重危害。印染廢水包含大量有機染料、助劑和其他有機物，這些物質會導致水體污染，破壞水生態系統平衡[1]。弱酸性亮藍染料是一種廣泛用于印染工業的染料，其廢水含有高濃度的染料，色度和化學需氧量（COD）較高，因此處理弱酸性亮藍染料廢水成為一項緊迫的任務[2]。采用吸附法、生物氧化法等傳統方法處理弱酸艷藍染料廢水時，色度及COD 去除效果不佳。Fenton試劑是由過氧化氫和亞鐵離子組成的混合溶液體系，它是一種強氧化劑，已被廣泛應用于廢水處理。Fenton試劑通過生成羥基自由基（·OH），可以有效降解有機物，包括染料和其他有機物。本文采用Fenton 氧化法處理弱酸艷藍染料廢水，通過試驗探討Fenton試劑在弱酸性亮藍染料廢水處理中的應用潛力，以減少廢水的色度和COD，有效降解有機物[3]，為實際印染廢水處理提供科學依據。

1 試驗部分

1.1 試劑及儀器

主要試劑有七水合硫酸亞鐵、草酸鈦鉀、高錳酸鉀、氫氧化鈉、弱酸艷藍RAW、凈洗劑AS、專用氧化劑、專用催化劑和過氧化氫（濃度30%）等。主要儀器有污水COD 速測儀、紫外可見光光度計、精密pH 計、電子天平和取液器等。

1.2 試驗方法

1.2.1 標準曲線的建立

用蒸餾水分別配制濃度為10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、25 mg/L、30 mg/L、35 mg/L、40 mg/L、45 mg/L、50 mg/L 的弱酸艷藍RAW 染液，測定最大吸收波長628 nm 處的吸光度，繪制吸光度與濃度的標準曲線。

1.2.2 Fenton試劑處理模擬廢水

配制弱酸艷藍RAW 濃度為0.1 g/L、AS 濃度為0.5 g/L 的模擬印染廢水（廢水COD 濃度990.78 mg/L），加入H2SO4調節廢水的pH，然后投加FeSO4進行有效攪拌并置于振蕩水浴鍋中控溫，加入H2O2進行反應，設定反應時間，加入NaOH 溶液調節pH 至10。靜置1 h 后離心，取上清液測COD、最大吸收波長處吸光度[4]。

測定模擬印染廢水處理前后的弱酸艷藍RAW 濃度，然后采用式（1）計算色度去除率。H2O2含量的測定采用高錳酸鉀法和鈦鹽光度法，COD 測定采用重鉻酸鉀法[5]。

式中：P為色度去除率，%；C后為處理后的弱酸艷藍RAW 濃度，g/L；C前為處理前的弱酸艷藍RAW 濃度，g/L。

2 結果與討論

2.1 H2O2 投加量對廢水色度和COD 去除率的影響

反應時間為90 min，反應溫度為50 ℃，pH 為2.5，FeSO4投加量為0.5 g/L，在不同的H2O2投加量（2 mL/L、3 mL/L、4 mL/L、5 mL/L、6 mL/L、7 mL/L、8 mL/L）下測定廢水的色度和COD 去除率，結果如圖1所示。H2O2投加量對廢水色度去除率影響較小。H2O2投加量從2 mL/L 增加至8 mL/L 時，COD 去除率先增大后趨于穩定，從29.38%增加至71.89%左右，這是因為H2O2投加量增加帶來更多的·OH，其與有機物反應的概率增大。H2O2投加量達到5 mL/L 后，進一步加入H2O2，COD 去除率變化不大，趨于穩定。經綜合考慮，H2O2投加量取5 mL/L。

圖l H2O2 投加量對廢水色度和COD 去除率的影響

2.2 FeSO4 投加量對廢水色度和COD 去除率的影響

反應時間為90 min，反應溫度為50 ℃，pH 為2.5，H2O2投加量為5 mL/L，在不同的FeSO4投加量（0.2 g/L、0.3 g/L、0.4 g/L、0.5 g/L、0.6 g/L、0.7 g/L、0.8 g/L、0.9 g/L）下測定廢水色度和COD 去除率，結果如圖2所示。FeSO4投加量對色度去除率影響較小，當FeSO4投加量從0.2 g/L 增加至0.9 g/L 時，COD 去除率先增大后趨于穩定，從7.86%增大到71.89%。FeSO4投加量達到0.5 g/L 后，進一步加入FeSO4，COD 去除率變化不大，趨于穩定。經綜合考慮，FeSO4投加量取0.5 g/L。

圖2 FeSO4 投加量對廢水色度和COD 去除率的影響

2.3 反應時間對廢水色度和COD 去除率的影響

反應溫度為50 ℃，pH為2.5，FeSO4投加量為0.5 g/L，H2O2投加量為5 mL/L，在不同的反應時間（60 min、90 min、120 min、150 min、180 min、210 min、240 min、270 min）下測定廢水色度和COD 去除率。反應5 min左右時，廢水色度去除率已達99.38%，反應時間對色度去除率影響較小，對廢水COD 去除率影響較大。反應5 min 時，廢水COD 去除率僅為0.74%，隨著反應時間的增加，廢水COD 去除率先增加后趨于穩定，反應時間達到90 min 時，COD 去除率最大，為71.89%。反應時間達到90 min 后，繼續增加反應時間，對廢水COD 去除率幾乎沒有影響。經綜合考慮，反應時間取90 min。

2.4 反應溫度對廢水色度和COD 去除率的影響

反應時間為90 min，pH 為2.5，FeSO4投加量為0.5 g/L，H2O2投加量為5 mL/L，在不同的反應溫度（30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃）下測定廢水色度和COD 去除率。反應溫度對廢水色度去除率影響較小，對廢水COD 去除率影響較大。反應溫度介于30～80 ℃時，隨著溫度的增加，廢水COD去除率先增加后降低，溫度為60 ℃時，廢水COD 去除率出現最大值。為了探究其原因，試驗采用鈦鹽光度法對Fenton 氧化后溶液的H2O2殘余量進行測定，結果如表l所示。反應溫度介于30～60 ℃時，隨著溫度的升高，反應后溶液的H2O2濃度下降，經推測，隨著溫度的升高，·OH 的活性增大，可提高廢水COD 去除率。反應溫度分別為60 ℃和80 ℃時，H2O2殘余量幾乎一樣，但反應溫度為80 ℃時，COD 去除率略有下降，這可能是因為溫度升高，H2O2自行分解量增加。

表1 Fenton 氧化后水樣COD 去除率及H2O2 殘余量

2.5 初始pH 對廢水色度和COD 去除率的影響

反應時間為90 min，反應溫度為50 ℃，FeSO4投加量為0.5 g/L，H2O2投加量為5 mL/L，在不同的初始pH（2、3、4、5、6）下測定廢水色度和COD去除率，結果如圖3所示。pH 對廢水色度去除率的影響較小，對廢水COD 去除率的影響較大。pH 從2 升高到6 時，COD 去除率從80.12%降低至9.2%。這可能是因為酸性越強，產生的·OH 越多，增強水樣處理效果，pH 升高會抑制·OH 的產生，同時也會降低Fe2+的催化效果。經綜合考慮，最佳pH 控制在2.0～2.5。

圖3 初始pH 對廢水色度和COD 去除率的影響

2.6 正交試驗

經單因素試驗，初步確定采用Fenton 氧化法處理弱酸艷藍染料廢水的適宜工藝條件，綜合考慮各種因素，設計以pH、溫度、H2O2投加量、FeSO4投加量為變量的四因素四水平的正交試驗，考察弱酸艷藍染料廢水的COD 和色度去除率，以便找出各因素對廢水處理影響的強弱。正交試驗結果表明，4 個因素對COD 去除率的影響大小排序為：溫度＞pH ＞FeSO4投加量＞H2O2投加量。溫度對COD 去除率的影響最大，其次是初始pH，因此，試驗要嚴格控制反應溫度和初始pH。而色度去除率的極差均很小，4 個因素中，H2O2投加量對色度去除率影響最大。

3 結論

Fenton 氧化法可用于處理弱酸艷藍染料廢水，COD 和色度去除效果好，COD 和色度去除率分別達到71.89%和99%。溫度對廢水COD 去除率的影響很大，適宜的反應溫度為50～60 ℃，色度和COD 去除效果好。初始pH 對廢水COD 去除率有很大的影響，適宜的初始pH 為2.0～2.5。正交試驗結果表明，4 個因素對COD 去除率的影響大小排序為：溫度＞pH ＞FeSO4投加量＞H2O2投加量。在4 個因素中，H2O2投加量對色度去除率的影響最大。本試驗采用Fenton 氧化法處理弱酸艷藍染料廢水，確定最佳工藝條件，即反應時間為90 min，反應溫度為50 ℃，初始pH 為2.5，FeSO4投加量為0.5 g/L，H2O2投加量為5 mL/L，此時COD 和色度去除效果最好。