染料厂污水处理工艺.doc

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1、毕 业 论 文（2010届）Fenton法与类Fenton法处理染料废水的研究学生姓名 张 三学 号 0 6 0 6 9 1 3 5系 别 环 境 科学系专业班级 环境科学061指导教师 李 四完成日期 2010-05-01Fenton法与类Fenton法处理染料废水的研究摘 要使用类Fenton试剂和Fenton试剂来处理染料废水，然后进行对比研究；从而考查FeCl3和FeSO4的投加量、废水pH值、H2O2投加量和染料浓度等对其脱色效果的影响。本实验里使用的染料为藏红T。结果表明，在处理藏红T的废水中Fenton试剂的氧化效率远高于类Fenton试剂。在本试验中FeSO4的最佳用量为45u

2、L，H2O2投加量为25uL，pH3，废水浓度越高，去除效果越明显。对于类Fenton试剂而言FeCl3的最佳用量为55uL，H2O2投加量为55uL ，pH5酸性性条件下效果明显，染料浓度越低退色效果就越明显。对于Fenton试剂中最佳染料浓度为40 mg/L，而类Fenton试剂为12.5 mg/L。关键词 Fenton试剂；类Fenton试剂；染料废水；脱色率A STUDY ON FENTON AND FENTON-LIKE REAGENT OXIDATION IN DYEING WASTEWATER ABSTRACTFenton and Fenton-like reaction is

3、used to process dye wastewater and then compared The effects of different system variables namely concentration of FeSO4 and FeCl3 and the pH of wastewater、the concentration of H2O2 and the concentration of dyesIn this experiment the dye water namely Safranine TThe results show that，in dealing with

4、the wastewater Safranine T in the oxidation efficiency of Fenton reagent is much higher than Fenton-reagentIn this experiment the FeSO4 optimum amount of in 45uL，H2O2 dosage 25uL，pH 3，the higher the concentration of waste water to remove the more obvious effectsFenton reagent for the classes in term

5、s of FeCl3 best dosage of 55uL，H2O2 dosage of 55 uL，pH 5 effect of significantly under acidic conditions dye bleaching，the lower the concentration of the more obvious effectsFor the Fentons reagent in the best dye concentration 40 mg / L，while the class of Fenton reagent 12.5mg/LKEY WORDS Fenton；Fen

6、ton-like reagent；dye wastewater；decoloration rate目 录中文摘要I英文摘要II前言11实验器材与方法31.1实验器材31.2实验方法31.2.1FeCl3体积对染料脱色效果的影响41.2.2FeSO4体积对染料脱色效果的影响41.2.3H2O2体积对染料脱色效果的影响41.2.4pH值对染料脱色效果的影响51.2.5染料浓度对染料脱色效果的影响51.3分析方法62实验结果与讨论62.1FeCl3溶液和FeSO4的体积对染料脱色效果的影响72.2H2O2的体积对染料溶液的脱色率的影响82.3pH对染料脱色效果的影响82.4染料浓度对脱色率的影响93

7、 结论94 展望10参考文献12致谢14前 言 据最新资料统计，我国每年污水排放量为390亿吨，其中工业污水占51%，并以1%的速率逐年增长,而纺织印染行业占总工业废水排放量的35%1。我国是纺织印染业第一大国,因此印染废水已成为当前最主要的水体污染源之一。由于这类废水成分相当复杂,往往含多种有机染料并且毒性强，色度深，pH值波动大，难降解，组分变化大，因而也是处理难度大、治理费用高的废水2-4。印染废水含大量的有机污染物，排入水体将消耗溶解氧，破坏水生态平衡，危及鱼类和其它水生生物的生存。沉于水底的有机物，会因厌氧分解而产生硫化氢等有害气体，恶化环境。而且印染废水大部分偏碱性，进入农田，会使

8、土地盐碱化；染色废水的硫酸盐在土壤的还原条件下可转化为硫化物，产生硫化氢。印染废水的色泽深，严重影响受纳水体外观。造成水体有色的主要因素是染料。目前全世界染料年总生产量在60万吨以上，其中50%以上用于纺织品染色；而在纺织品印染加工中，有10%20%的染料作为废物排出。印染废水的色度尤为严重，用一般的生化法难以去除。有色水体还会影响日光的透射，不利于水生物的生长。在使用化学氧化法去除色度时，虽然能使水溶性染料的发色基被破坏而褪色，但其残余物的影响仍然存在。 当前，我国印染企业主要采用以水为媒介的湿法加工工艺，生产中使用较大量的清洁水，排放出大量的含有一定色度及不同浓度污染物的有害废水。据不完全

9、统计，我国印染企业每年排放废水量300400万吨，在印染加工过程中染料的损失量约为10%20%，其中一半流入水环境中。这种废水如果不进行治理，会对受纳水体产生有机性污染，带有使人不愉快的各种颜色，对水体的生态系统产生破坏作用。近年来，一些高级氧化技术如湿式氧化、光催化氧化、臭氧氧化、Fenton试剂氧化法等，在废水处理中受到广泛关注。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+复合而成的一种氧化能力很强的氧化剂。CWalling5的研究表明：Fenton试剂氧化有机物的反应是通过H2O2和Fe2+产生羟自由基OH而进行的自由基反应；由于其具有极强的氧化能力，特别适用于生物难降解的或一般化学氧化难以奏

10、效的有机废水的处理，虽然染料废水的脱色方法有许多种，但都不能被单独有效地使用。臭氧氧化处理法虽能较为有效地对很多染料(分散染料除外)进行脱色，但不能有效地除去COD；此外，臭氧氧化处理法的脱色效果还会因废水中的杂质而降低，这将增加臭氧的消耗量和处理费用6-7。活性碳吸附法不适用于不溶性染料8。生物处理法会因染料对生物的毒性作用而不能有效的脱色9。传统的Fenton试剂氧化法与其它高级氧化技术相比较具前景，采用这一技术对印染废水进行处理具有高效低耗、无二次污染的优势，近年来已成为水处理研究热点10。虽然染料废水的脱色方法有许多种，但都不能被单独有效地使用。许多研究表明，Fenton试剂氧化法适合

11、于处理活性染料、直接染料、金属络合物染料、分散染料等。相对其他高级氧化法，Fenton试剂法具有操作过程简单、反应物易得、费用低、无需复杂设备、对后续的生化处理无毒害作用且对环境友好等优点，己逐渐应用于制浆造纸、染料、农药等废水处理工程中，具有很好的应用前景。然而Fenton试剂对染料废水的脱色效果，受多种因素的影响11-13。在实际应用中，应严格控制H2O2和FeSO4的浓度以及染料废水14-16的pH值，才能达到满意的处理效果。而且普通Fenton法存在有机物矿化程度不高、H2O2消耗大、成本高等缺点，所以国内外现在都侧重于研究改性的Fenton法。以标准Fenton试剂为基础，通过改变和

12、耦合反应条件，得到一系列机理相似的类Fenton试剂：改性Fenton试剂、光Fenton试剂、电Fenton试剂和配体Fenton试剂等。这里主要研究改性的Fenton试剂：包括利用Fe3+盐溶液、可溶性铁以及铁的氧化矿物(如赤铁矿、针铁矿等)同样可使H2O2催化分解产生OH，达到降解有机物的目的。这类改性Fenton体系中铁的来源较广，处理效果比标准Fenton试剂更为理想，得到广泛应用。如运用类Fenton试剂用于烟气脱硫的高效可行性研究17，但是类Fenton试剂法目前尚属试验和探索阶段，虽然国内外的研究不少，但大多数研究的是污染物的降解条件，如研究各种因素（pH、试剂用量、反应温度、

13、反应时间、曝气等）对降解效果的影响及反应的动力学特性，对实验模型和机理研究较少。而且类Fenton试剂中过氧化氢价格昂贵，如果单独使用类Fenton试剂处理废水，则成本较高，所以在实践应用中，与其他处理方法联合使用，将其用于废水的最终深度处理和预处理，可望解决处理成本高的问题。加入少量的类Fenton试剂对工业废水进行预处理，通过OH与有机物的反应，使废水中的难降解有机物发生部分氧化、偶合或氧化，形成分子量不太大的中间产物，从而改变它们的可生化性、溶解性和混凝沉淀性，然后通过后续的生化法或混凝沉淀法加以去除，可达到净化的目的。肖羽堂18等人通过试验证明：向某染料化工厂的二硝基氯化苯生产废水中加

14、入0.08%的H2O2（30%）和一定量的铁屑后，废水的COD从953mg/L下降到290mg/L左右，而BOD5/COD值从不到0.07上升至0.6以上。丛锦华19等人发现:对于环氧乙烷生产废水，若先加入0.15%的H2O2（30%）和一定量的FeSO4进行氧化处理，然后再用瓦斯灰进行混凝、吸附处理，与单独用瓦斯灰处理相比其COD去除率可从34%上升至76%。因为Fenton试剂和类Fenton试剂在脱色过程中存在很多的缺点，所以可以通过Fenton和类Fenton的对比研究来得出有效联合应用的方法。在废水处理的不同阶段来采取相应的方法。在国内陈华杰和尹国杰20等人在文章提到当一些经过生化处

15、理后，水中还残留难降解有机物，当水质不能达到排放标准时可以用类Fenton进行深度处理。在ScienceDirect上王绍宾21发表的文章中得到了Fenton和类Fenton试剂的氧化动力学方程。通过Fenton和类Fenton的对比进行研究得出了Fenton和类Fenton的最佳反应时间和脱色率。随着废水处理技术的提高，Fenton和类Fenton氧化脱色的技术将会更好得得到发展。更加优化氧化反应，使得废水脱色率提高。1实验器材与方法1.1实验器材以及试剂(1) 电热恒温鼓风干燥箱（浙江省嘉兴市电热仪器厂制造） (2) 电子天平AUY220电子天平（日本岛津公司）(3) 201-型pH计(上

16、海仪康仪器有限公司)(4) TDL-50B离心机(上海安亭科学仪器厂制造)(5) 722型分光光度仪（上海精密科学仪器有限公司） (6) 藏红T：分子式为C20H19ClN4，红棕色粉末，易溶于水成红色溶液。本身为碱性，最大吸收波长为555nm。可作为还原指示剂、酸碱指示剂、生物染色剂。(7) FeSO4粉末(8) H2O2(分析纯)(9) FeCl3 粉末1.2 实验方法1.2.1 FeCl3体积对染料脱色效果的影响(1) FeCl3 溶液的配制用干燥了的烧杯在电子天平上称取8.275gFeCl3粉末，然后用蒸馏水将其溶解，用玻璃棒均匀搅拌后，通过玻璃棒引流倒入1000mL容量瓶中，再用蒸馏

17、水冲洗烧杯及玻璃棒34次，将水一并倒入容量瓶，再继续加蒸馏水直至刻度线，配制溶液0.5mol/L的FeCl3溶液。(2) 染料溶液的配制用干燥了的烧杯在电子天平上称取藏红T粉末0.025g，然后用蒸馏水将其溶解，用玻璃棒均匀搅拌后，通过玻璃棒引流倒入1000mL容量瓶中，再用蒸馏水冲洗烧杯及玻璃棒34次，将水一并倒入容量瓶，再继续加蒸馏水直至刻度线，配制溶液0.25mol/L的藏红T溶液。(3) 分光光度计的调节首先打开722型分光光度仪，预热1530min。其次将比色皿用蒸馏水洗净，并倒入蒸馏水对光度仪进行调零。再取另一个比色皿用染料废水润洗23次，放入光度计内，调节波长，已知藏红T的最大吸

18、收波为555nm。(3) 脱色反应首先测量藏红T处理前的吸光度。其次准备7只100mL的比色管，首先每只加入浓度为25mg/L的藏红T100mL，再使用移液枪分别取0uL、15uL、25uL、35uL、45uL、55uL、65uL、FeCl3溶液加入比色管，轻轻摇匀，切勿将溶液晃出，然后用移液枪取20uLH2O2放入比色管，盖上盖子摇匀，放置数分钟后，利用离心机离心，离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟。最后在波长为555nm处测其吸光度，读数，记录数据。同样的过程重复3次取平均值。1.2.2 FeSO4体积对染料脱色的影响(1)FeSO4溶液的配制 用干燥了的烧杯在电子天平上称取

19、7.60gFeSO4粉末，用蒸馏水将其溶解，引流倒入1000mL容量瓶中，直至刻度线，即配制0.5mol/L的FeSO4溶液。(2)脱色反应 藏红T的脱色反应：首先测量藏红T处理前的吸光度。其次准备7只100mL的比色管，首先每只加入浓度为25mg/L的藏红T100mL，再使用移液枪分别取0uL、15uL、35uL、45uL、55uL、65uLFeSO4溶液加入比色管，轻轻摇匀，切勿将溶液晃出，然后用移液枪取20uLH2O2放入比色管，盖上盖子摇匀，放置数分钟后，利用离心机离心，离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟。最后在波长为555nm处测其吸光度，读数，记录数据。同样的过程重复

20、3次取平均值。1.2.3 H2O2体积对染料脱色的影响首先测量藏红T处理前的吸光度。其次准备6只100mL的比色管，每只加入100mL的藏红T（25mg/L），再使用移液枪移取最佳FeCl3溶液体积量（藏红T脱色反应中最佳FeCl3溶液体积为55uL）加入比色管，轻轻摇匀，切勿将溶液晃出，然后用移液枪分别移取15、25、35、45、55、65uLH2O2放入比色管，然后盖上盖子摇匀，放置数分钟后，利用离心机离心，离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟。最后在最大吸收峰处的波长（藏红T最大吸收峰处波长为555nm）下测其吸光度，读数，记录数据。同样的过程重复3次取平均值。FeSO4溶液

21、的最佳双氧水体积测定方法如FeCl3溶液。其中藏红T脱色反应中最佳FeSO4溶液体积为45uL。同样用枪分别移取15、25、35、45、55、65uLH2O2放入比色管，然后盖上盖子摇匀，放置数分钟后，利用离心机离心，离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟。最后在最大吸收峰处的波长（藏红T最大吸收峰处波长为555nm）下测其吸光度，读数，记录数据。同样的过程重复3次取平均值。1.2.4 pH值对染料脱色效果的影响首先测量藏红T处理前的吸光度。其次准备6只100mL的比色管，每只加入100mL的藏红T（25mg/L），再使用移液枪移取最佳FeCl3溶液体积量（藏红T脱色反应中最佳FeC

22、l3溶液体积为55uL）加入比色管，用稀硫酸调节溶液的pH分别为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0、11.0，轻轻摇匀，切勿将溶液晃出，然后用移液枪取55uLH2O2放入比色管，然后盖上盖子摇匀，放置数分钟后，利用离心机离心，离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟。最后在最大吸收峰处的波长（藏红T最大吸收峰处波长为555nm）下测其吸光度，读数，记录数据。同样的过程重复3次取平均值。测定pH对含有FeSO4的染料的方法同氯化铁。同样也是先测定藏红T的处理前的吸光度。其次准备6只100mL的比色管，每只加入100mL的藏红T（25mg/L），再使用移液枪移取最佳溶液体积量（藏红T脱

23、色反应中最佳FeSO4溶液体积为45uL）加入比色管，用稀硫酸调节溶液的pH分别为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0、11.0，轻轻摇匀，切勿将溶液晃出，然后用移液枪取25uLH2O2放入比色管，然后盖上盖子摇匀，放置数分钟后，利用离心机离心，离心速度为4000r/min,离心时间为10分钟。最后在最大吸收峰处的波长（藏红T最大吸收峰处波长为555nm）下测其吸光度，读数，记录数据。同样的过程重复3次取平均值。1.2.5 染料浓度对脱色效果的影响首先取6个250mL容量瓶，分别配制浓度为5、12.5、25、40、50、60mg/L的藏红T染料废水。其次分别量取处理前藏红T的吸光度值。然后准

24、备6只100mL的比色管，分别加入6种不同浓度的藏红T溶液100mL，再使用移液枪移取最佳FeCl3溶液体积量（藏红T脱色反应中最佳FeCl3溶液体积为55uL）加入比色管，轻轻摇匀，切勿将溶液晃出，然后用移液枪取最佳H2O2体积量（藏红T脱色效果最佳时的H2O2体积为55uL）放入比色管，然后盖上盖子摇匀，放置数分钟后，利用离心机离心，离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟。最后在最大吸收峰处的波长（藏红T最大吸收峰处波长为555nm）下测其吸光度，读数，记录数据。同样的过程重复3次取平均值。FeSO4溶液的最佳染料浓度的确定同FeCl3溶液。同样是首先取6个250mL容量瓶，分别

25、配制浓度为5、12.5、25、40、50、60mg/L的藏红T染料废水。其次分别量取处理前藏红T的吸光度值。然后准备6只100mL的比色管，分别加入6种不同浓度的藏红T溶液100mL，再使用移液枪移取最佳FeSO4溶液体积量（藏红T脱色反应中最佳FeSO4溶液体积为45uL）加入比色管，轻轻摇匀，切勿将溶液晃出，然后用移液枪取最佳H2O2体积量（藏红T脱色效果最佳时的H2O2体积为25uL）放入比色管，然后盖上盖子摇匀，放置数分钟后，利用离心机离心，离心速度为4000r/min，离心时间为10分钟。最后在最大吸收峰处的波长（藏红T最大吸收峰处波长为555nm）下测其吸光度，读数，记录数据。同样

26、的过程重复3次取平均值。1.3 分析方法本实验主要是通过化学氧化法来使印染废水脱色。配置染料溶液后放在离心机离心10min，转速4000r/min，然后放在分光光度仪测量吸光度(555nm)，求得脱色率。计算公式如下： （1）A0：印染废水处理前的吸光度A1：印染废水处理后的吸光度2 实验结果与讨论2.1 FeCl3溶液和FeSO4的体积对染料脱色效果的影响为了探讨FeCl3溶液和FeSO4用量对脱色效果的影响，本文研究了在不同FeCl3溶液体积用量下，类Fenton法处理染料废水的实验。实验结果如图2-1所示。图2-1 氯化铁和硫酸亚铁的投加量对染料脱色的影响 由图2-1可以看出，随着氯化铁

27、和硫酸亚的投加量的增加，藏红T染料废水的脱色率逐渐上升，脱色效果硫酸亚铁相对来说比氯化铁明显。当硫酸亚铁体积在45uL的时候脱色效果达到最大，脱色率为96.9%。当体积大于45uL时脱色率开始降低。对于氯化铁来说当体积在55uL的时候达到最大值，脱色率为80.9%。而当55uL之后有下降的趋势。因此可以推断出，氯化铁的最佳体积为55uL，即为0.025mmoL。硫酸亚铁的最佳体积为45uL，即为0.028mmol。 2.2 H2O2双氧水的体积对染料溶液的脱色率的影响 为了探讨H2O2投加量对脱色效果的影响，本文研究了在不同H2O2投加量下Fenton法和类Fenton处理染料废水的实验。实验

28、结果如图2-2所示。图2-2 藏红T染料废水在不同H2O2投加量脱色率影响由图2-2可看出，随着H2O2投加量的增大，藏红T染料废水的脱色率也不断增大，当达到一定条件时便不再上升，而是逐渐降低。对与Fenton体系中在H2O2投加量为25uL时，脱色率达到最大为93.3%。由此可以判断出藏红T染料废水中与Fenton试剂反应的最佳H2O2投加量为25uL。而对于类Fenton体系中脱色效果比Fenton要小很多，随着双氧水体积的增大，脱色率变化不怎么明显，当双氧水的体积达到55uL的时候曲线稍微上升，此时脱色率达到最大值为84%。2.3 pH对染料脱色效果的影响为了探讨pH对脱色效果的影响，本

29、文研究了在不同pH值时Fenton法和类Fenton处理染料废水的实验。实验结果如图2-3所示。图2-3 pH对染料脱色效果的影响 由图2-3可以看出，随着pH的变化，藏红T染料废水的脱色率也不断变化。对于Fenton体系中在pH3时脱色率随着pH值的增大而增大，当pH=3时达到最大的脱色率为95.2%达到最大值。对于类Fenton反应体系中当pH5时脱色率一直上升，当pH=5时脱色率达到最大值为80.6%。当pH5时脱色率一直在降低。因此可以判断出，藏红T染料废水中用Fenton试剂处理时最佳的pH值为3，当pH5时抑制了OH的产生，使溶液中的亚铁离子与氢氧化物的形式沉淀而失去催化能力；使用

30、类Fenton试剂的最佳pH为5，当pH3时由于溶液中的H+浓度过高，使生成的三价铁不能顺利被还原成二价铁，反应效果不是很明显。当pH=5时达到最佳反应pH值。2.4染料浓度对脱色率的影响为了探讨染料浓度对脱色效果的影响，本文研究了在不同染料浓度下Fenton法和类Fenton处理染料废水的实验。实验结果如图2-4图2-4 染料浓度对脱色率的影响3 结论通过对Fenton试剂和类Fenton试剂处理染料藏红T的废水的脱色对比研究，了解了诸多变量对其脱色效果的影响，如FeCl3和FeSO4投加量、废水pH值和H2O2投加量和染料浓度的影响因素。经过比较可以得出在处理含有藏红T的废水中Fenton

31、试剂的脱色效率，明显高与类Fenton试剂，而且在处理含有浓度较高的染料废水中Fenton试剂也优于类Fenton试剂。处理藏红T染料废水时，Fenton试剂反应中在pH=3，染料浓度为40mg/L，FeSO4投加量45uL即为0.023mmoL，H2O2投加量为25uL时，脱色效果最佳。在类Fenton反应中当pH=5，染料浓度为12.5mg/L，FeCl3投加量55uL即为0.028mmoL，H2O2投加量为55uL时，脱色效果最佳。4 展望类Fenton试剂法目前尚属试验和探索阶段，虽然国内外的研究不少，但大多数研究的是污染物的降解条件，如研究各种因素(pH、试剂用量、反应温度、反应时间

32、、曝气等)对降解效果的影响及反应的动力学特性，对实验模型和机理研究较少。而且类Fenton试剂中过氧化氢价格昂贵，如果单独使用类Fenton试剂处理废水，则成本较高，所以在实践应用中，与其他处理方法联合使用，将其用于废水的最终深度处理和预处理，可望解决处理成本高的问题。加入少量的类Fenton试剂对工业废水进行预处理,通过OH与有机物的反应,使废水中的难降解有机物发生部分氧化、偶合或氧化，形成分子量不太大的中间产物，从而改变它们的可生化性、溶解性和混凝沉淀性,然后通过后续的生化法或混凝沉淀法加以去除，可达到净化的目的。现如今，国内外都建议并侧重研究改性Fenton法或者一些组合方法。Fento

33、n试剂及各种改进系统在废水处理中的应用可分为两个方面，一是单独作为一种处理方法氧化有机废水；二是与其他方法联用，如混凝沉降法、活性炭法、生物处理法等。研究与其他处理过程的组合工艺也是研究者比较关注的一个方向。在处理成分复杂的印染废水或造纸废水时，一般是将Fenton试剂法和类Fenton试剂联用，以达到较好的处理效果。通过未来不断的深入研究，提高有机物的矿化程度以及降低运行成本，相信在不久的将来类Fenton氧化法和Fenton试剂法联用将成为一种经济有效的废水处理技术。参考文献1 文湘华，王东海，钱易内循环SBR处理含染料废水的研究J环境科学学报，2000，20：54572 孙文中，崔玉民，

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