Fenton试剂氧化处理油墨废水的条件优化

2018-04-12 08:20:36 青州谭福环保设备有限公司 38

摘要:采用Fenton试剂氧化对油墨废水进行处理,研究了FeSO4浓度、H2O2浓度、初始pH和反应时间及废水初始COD浓度等因素对废水剩余COD的影响。结果表明。Fenton试剂氧化的最佳条件为FeSO4浓度800 mg/L、初始pH 2.5、H2O2浓度800 mg/L、处理时间180 min。此条件下,油墨废水在初始COD小于876 mg/L时,经Fenton氧化处理后油墨废水的剩余COD在98mg/L以下,出水能够满足排放标准。

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。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。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。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,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,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教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,最终矿化为CO2、H2O及无机盐类等小分子物质,

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、H202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200~250 g/L,pH为8.2,色度约为15 000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,H:O:(质量分数为30%),浓H2SO4和NaOH,均为分析纯。

1.1.3 仪器

pHS一3C数字酸度计、磁力搅拌器、分析天平、紫外灯(15W低压汞灯)、5B一1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438 mg/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。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

2.1 Fenton试剂氧化条件对油墨废水剩余COD的影响

2.1.1 FeSO4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800 mg/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800 mg/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76.2 mg/L。说明H2O2浓度一定时,FeSO4的用量存在最佳值800 mg/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+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。

2.1.2 H2O2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281.2 mg/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800 mg/L时,油墨废水剩余COD达到最佳值73.6 mg/L。当H202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+2·0H_2H20+O:,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800 mg/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321.9 mg/L一直降低到76.2 mg/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,H+-I-·OHH2O2。不利于·OH的产生,且H,0: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++H202÷H02·+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Fe20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800 mg/L,pH取2.5,FeSO4投加量为800 mg/L,改变反应时间,其结果(图5)表明,在反应前60 min内,油墨废水剩余COD快速下降。到60 min时接近129.2 mg/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87.6 mg/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H202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CDD浓度对油墨废水剩余COD的影响

油墨废水初始CDD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876 mg/L时的油墨废水剩余COD为98.0 mg/L。符合油墨工业废水污染物排放标准GB 25463—2010(直接排放限值100 mg/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FeS04投加量为800 mg/L,初始pH为2.5,H202投加量为800 mg/L,反应3 h。此条件下。当油墨废水初始浓度小于876 mg/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100 mg/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。