Fenton试剂氧化处理油墨废水的条件优化文档格式.docx
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cod中图分类号:
x703.1文献标识码:
a文章编号:
0439-8114(2012)18-3999-03optimizationoftreatmentconditionofprinting-inkwastewaterbyfenton’sreagentgaoai-fang1,2,wucai-song1,gaopeng1,zhengxin-yuan1,fangya-qi1(1.collegeofengineering,shijiazhuanguniversityofeconomics,shijiazhuang050031,china;
2.hebeiprovincekeylaboratoryofsustainedutilizationanddevelopmentofwaterresources,shijiazhuang050031,china)abstract:
fentonprocesswasemployedtotreattheprinting-inkwastewater.theeffectsoffeso4concentration,h2o2concentration,initialph,reactiontimeandinitialcodofwastewateronresidualcodofthewastewaterwereinvestigated,andtheoptimizedoperationconditionwasdetermined.theexperimentalresultsshowedthattheoptimumfeso4concentrationandinitialphwere800mg/land2.5respectively.undertheconditionswithh2o2concentrationof800mg/landthereactiontimeof180min,thelowestresidualcodofthewastewaterwasobtained.afterfenton'sreagenttreatment,thewastewaterwith876mg/lofinitialcodcouldmeeteffluentstandard.keywords:
advancedoxidation;
fentonreagent;
printing-inkwastewater;
cod作为一种印染废水,油墨废水的化学成分相当复杂,具有高cod、高色度、难生物降解的特点,有些还具有致突变、致畸及致癌作用[1]。
如果直接排放到环境,进入水体,严重威胁着水体生态,对水环境会造成严重的污染[2-4]。
目前国内对油墨废水相关的处理技术有酸析、化学絮凝、物理吸附、超滤等,但都存在着处理效果差、矿化不彻底、成本较高等问题[5]。
因此,寻求一种经济有效的油墨废水处理方法,是当今油墨废水处理研究中的一个重要课题[3,6],对于油墨行业具有重要的现实意义。
fenton试剂氧化技术具有设备简单、反应条件温和、操作方便、高效等优点,在处理有毒有害难生物降解有机废水方面具有较强的应用优势。
将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法[7],可以很好地降低废水处理成本,提高处理效率。
fenton试剂氧化的实质是在酸性条件下,h2o2被fe2+催化能高效地产生·
oh等自由基,引发和传播自由基链反应,加快有机污染物和还原性物质的氧化过程[8],最终矿化为co2、h2o及无机盐类等小分子物质[9],其氧化机理如图1所示。
如果·
oh没有被其他物质所诱捕,fe2+和h2o2将与其反应。
因此,在fenton试剂氧化过程中,fe2+和h2o2的浓度均存在着一个适宜值,使得有机污染物得到很好的去除。
采用fenton氧化方法对油墨废水进行处理,研究feso4浓度、h2o2浓度、初始ph、反应时间及油墨废水的初始cod浓度对处理效果的影响,以期为油墨废水处理工艺优化及工业化处理提供参考依据。
1材料与方法1.1材料1.1.1油墨废水水样油墨废水水样取自河北省某厂,经分析其cod高达200~250g/l,ph为8.2,色度约为15000倍(稀释倍数法),浑浊,墨绿色,有较浓臭味。
由于油墨废水cod太高,将其稀释500倍之后进行研究。
1.1.2试剂feso4·
7h2o,h2o2(质量分数为30%),浓h2so4和naoh,均为分析纯。
1.1.3仪器phs-3c数字酸度计、磁力搅拌器、分析天平、紫外灯(15w低压汞灯)、5b-1型cod快速测定仪及常用玻璃器皿若干。
1.2方法1.2.1试验方法量取100ml水样(稀释后cod约为438mg/l)于烧杯中,向溶液中加入一定量feso4,调节ph为一定值,再加入一定量的h2o2,在室温下,置于磁力搅拌器上进行搅拌反应一定时间后,将溶液ph调节至10左右[10]。
静置一段时间后过滤,取滤液进行分析,考查feso4浓度、h2o2浓度、初始ph、反应时间及油墨废水cod初始浓度对油墨废水cod去除的影响。
1.2.2分析方法cod采用化学需氧量速测仪测定。
2结果与分析2.1fenton试剂氧化条件对油墨废水剩余cod的影响2.1.1feso4投加量对油墨废水剩余cod的影响由图2可以看出,在feso4浓度小于800mg/l时,随着feso4用量的增加,油墨废水剩余cod明显呈下降趋势,当feso4的用量超过800mg/l,油墨废水剩余cod则呈上升趋势,油墨废水剩余cod最低可达76.2mg/l。
说明h2o2浓度一定时,feso4的用量存在最佳值800mg/l,如果feso4的用量超过最佳值后,反而会抑制反应的进行。
这是因为fe2+和h2o2发生反应产生具有强氧化性的·
oh,随着fe2+浓度的增加,·
oh的产生也会越来越多,与油墨废水中各有机物的反应速率就会增加,这时油墨废水的剩余cod也会随之迅速下降。
当fe2+浓度进一步增加时,fe2+则会和溶液中的·
oh发生反应生成fe3+和oh-,这样既消耗了h2o2又抑制了·
oh的产生,使得油墨废水剩余cod反而上升。
2.1.2h2o2投加量对油墨废水剩余cod的影响由图3可见,开始h2o2浓度比较低时,油墨废水的剩余cod仅为281.2mg/l左右,这是因为在h2o2量少的情况下,无法产生足够的·
oh使有机物充分被氧化分解,随着h2o2用量的增加,油墨废水中剩余cod明显减少,h2o2用量800mg/l时,油墨废水剩余cod达到最佳值73.6mg/l。
当h2o2投入量继续增加时,油墨废水剩余cod反而大幅升高,这是因为h2o2浓度过高会产生副反应h2o2+2·
oh→2h2o+o2,这样不仅消耗了溶液中的·
oh,还使得h2o2进行了无效分解。
同时,反应过程中还发现,在h2o2投加量小于800mg/l时,反应体系中无气泡产生,投加量进一步加大后,油墨废水中有很多小气泡涌出水面,这正是由于反应过程中产生o2的溢出。
2.1.3初始ph对油墨废水剩余cod的影响在fenton试剂反应过程中,初始ph是油墨废水剩余cod影响因素中非常重要的一个参数。
从图4可以看出,随着溶液的初始ph从1.0增加到2.5,油墨废水剩余cod从321.9mg/l一直降低到76.2mg/l,变化十分明显。
然而,当溶液中初始ph从2.5继续升高到6时,油墨废水剩余cod则转为上升趋势,因此,ph为2.5是最佳反应条件。
其原因是当溶液的ph很低的时候(ph<2.5),溶液中的h+会消耗溶液中的·
oh[11],h++·
oh→h2o,不利于·
oh的产生,且h2o2的分解慢,也不利于·
oh的产生,对cod去除是不利的,同时,当ph过低时,溶液中h+过量,会抑制fe3+的还原反应,反应为fe3++h2o2→ho2·
+fe2++h+,如此,fe3+便不能顺利地还原成fe2+,催化反应受阻,直接影响fe3+和fe2+的络合平衡,导致fenton试剂的氧化能力较低。
当溶液的ph大于2.5或比较高时,可能降低h2o2的稳定性以及铁盐可能会水解,易形成fe(oh)+、胶体或fe2o3无定形沉淀。
由于fenton试剂反应对溶液的初始ph的变化比较敏感,因此,在反应过程中,最佳ph为2.5。
2.1.4反应时间对油墨废水剩余cod的影响在室温条件下,h2o2投加量为800mg/l,ph取2.5,feso4投加量为800mg/l,改变反应时间,其结果(图5)表明,在反应前60min内,油墨废水剩余cod快速下降,到60min时接近129.2mg/l,之后随着时间的延长,剩余cod则缓慢下降,直到180min时,油墨废水剩余cod下降到87.6mg/l以下。
可见fenton试剂在反应的前期速率很快,这是由于·
oh的产生速率以及·
oh与有机物的反应速率的大小直接决定了fenton试剂处理难降解废水所需时间的长短,前期的反应主要是fe2+催化完成的fenton反应,即fe2+能和h2o2反应快速产生·
oh,故处理速度很快,随着反应的进行,fe2+因为反应的消耗而迅速减少,起主导地位的反应成为由fe3+催化的类fenton反应,故速率很慢。
2.2油墨废水初始cod浓度对油墨废水剩余cod的影响油墨废水初始cod浓度对氧化性能的影响较大,该因素是反应及工艺设计的重要参数,也是提高处理量的重要指标,因此将原水样稀释不同倍数进行研究。
fenton试剂氧化降解油墨废水时不同初始cod浓度与剩余cod之间的关系见图6。
从图6可以看出,油墨废水初始cod浓度在876mg/l时的油墨废水剩余cod为98.0mg/l,符合油墨工业废水污染物排放标准gb25463-2010(直接排放限值100mg/l)的要求。
因此,当油墨废水在较低的初始cod浓度情况下,fenton试剂氧化处理油墨废水是有效的、可行的,但是在油墨废水较高的初始cod浓度条件下,fenton试剂氧化可以作为油墨废水的预处理技术。
3结论fenton试剂氧化对油墨废水进行处理,取得了明显的效果。
在fenton试剂氧化过程中,fenton试剂处理油墨废水存在一个最佳的反应条件,即feso4投加量为800mg/l,初始ph为2.5,h2o2投加量为800mg/l,反应3h。
此条件下,当油墨废水初始浓度小于876mg/l时处理结果能够满足国家现行油墨工业废水污染物排放标准(直接排放限值100mg/l)的要求。
试验结果证明优化fenton试剂氧化过程,对油墨废水进行预处理是可行的。
参考文献:
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315-321.(责任编辑郑威)收稿日期:
2011-12-07基金项目:
河北省水资源可持续利用与开发重点实验室开放基金项目(w1004);
河北省自然科学基金项目(b2011403019);
石家庄经济学院第八届学生科技基金科研项目(xz201114)作者简介:
高爱舫(1978-),女,河北滦南人,副教授,博士,主要从事水处理技术方面的研究,(电话)0311-87208362(电子信箱)llhx2006@126.com。
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- 关 键 词:
- Fenton 试剂 氧化 处理 油墨 废水 条件 优化