超声波－芬顿协试剂同处理亚甲基蓝染料废水的研究

罗 望，杨习居，郝玉翠

（唐山学院a．环境与化学工程系；b．工商管理系，河北 唐山063000）

超声波法和芬顿（Fenton）法都是比较新型的印染废水处理技术。超声波处理亚甲基蓝染料废水的原理是利用空化泡崩溃时产生的瞬间高温高压分解亚甲基蓝，同时产生的羟基自由基也可氧化分解亚甲基蓝；而芬顿法是由亚铁离子与过氧化氢组成的体系，它利用羟基自由基的强氧化性氧化分解亚甲基蓝。如将二者有机地结合起来协同处理亚甲基蓝染料废水，最大程度地发挥二者的优势，可能会获得更好的处理效果［1］。因此，本实验采用超声波－芬顿试剂协同处理亚甲基蓝染料模拟的印染废水，考察其最佳的实验条件。

1 实验部分

1.1 主要试剂

（1）重铬酸钾标准溶液（1／6K2Cr2O7＝0．250mol／L）：称取预先在120℃烘干2h的基准式优级纯重铬酸钾12．258g溶于水中，移入1 000mL容量瓶，稀释至标线，摇匀。

（2）试亚铁灵指示液：称取1．458g邻菲啰啉（C12H8N2·H2O，phenanthroline），0．695g硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）溶于水中，稀释至100mL，贮于棕色瓶内。

（3）硫酸亚铁铵标准溶液［（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O≈0．1mol／L］：称取39．5g硫酸亚铁铵溶于水中，边搅拌边缓慢加入20mL浓硫酸，冷却后移入1 000mL容量瓶中，加水稀释至标线。

（4）硫酸－硫酸银溶液：称取25．00g硫酸银，溶于98%的浓硫酸中，移至500mL容量瓶中，加浓硫酸至标线。

（5）亚甲基蓝溶液（1mmol／L）：准确称取0．1869g亚甲基蓝指示剂，溶于水中，移至500mL容量瓶中，加水稀释至标线。

（6）30%的H2O2稀释50倍待用。

（7）FeSO4·7H2O配制成浓度为20mmol／L的溶液。

1.2 色度和COD的测定

色度去除率（%）＝（降解前后溶液的吸光度差／降解前溶液的吸光度）×100%；

COD的测定方法采用GB11914－89重铬酸钾法。

2 结果与讨论

2.1 Fenton试剂对亚甲基蓝降解的影响

2.1.1 硫酸亚铁用量对亚甲基蓝降解的影响

取50mL浓度为1mmol／L的亚甲基蓝溶液于100mL烧杯中，加入20mL的过氧化氢溶液，改变浓度为20mmol／L硫酸亚铁溶液的用量，反应2h后，测定溶液的色度和COD的去除率。结果如图1所示。

图1 FeSO4用量对COD和色度去除率的影响

由图1可知，随着FeSO4用量的增加COD和色度的去除率也随之增大，当FeSO4用量为2．5mL时，COD和色度的去除率达到最大，继续增加FeSO4用量，去除率不再增加，甚至开始下降。这是因为开始时随着FeSO4用量的增加，产生的·OH随之增加，COD和色度的去除率增加。但是FeSO4过量时，FeSO4会消耗H2O2，影响·OH的产生，对反应不利［2］。所以FeSO4用量不宜过多，本实验确定FeSO4用量的最佳值为2．5mL。

2.1.2 过氧化氢用量对亚甲基蓝降解的影响

取50mL浓度为1mmol／L的亚甲基蓝溶液于100mL烧杯中，加入2．5mL FeSO4溶液，改变浓度为6‰的过氧化氢的用量，反应2h后，测定溶液的色度和COD的去除率。结果见图2。

图2 H2O2用量对COD和色度去除率的影响

由图2可知，当FeSO4用量不变时，随着H2O2用量的增加，COD和色度的去除率也随之增大。H2O2用量为22．5mL时，COD和色度的去除率达到最大。继续投加H2O2，COD和色度的去除率不变，甚至开始下降。这是由于H2O2过量，使溶液有较强的氧化性，Fe2＋转化为Fe3＋，破坏了Fe2＋和Fe3＋平衡体系，不利于反应的进行。所以本实验确定的H2O2最佳用量为22．5mL。

2.1.3 pH对亚甲基蓝降解的影响

取1mmol／L的亚甲基蓝溶液50mL，加入20mmol／L的FeSO4溶液2．5mL，加入6‰的 H2O2溶液22．5mL，调节不同的pH值，反应2h后，测定溶液的色度和COD的去除率。结果见图3。

图3 pH对COD和色度去除率的影响

由图3可知，在pH＝2．80时处理效果最好。这是因为，Fenton试剂是在酸性条件下发生作用的，在中性和碱性环境下，Fe2＋不能催化 H2O2产生·OH，pH过高不仅抑制了·OH的产生，同时使溶液中的Fe2＋以氢氧化物的形式沉淀，失去催化能力。而pH过低，溶液中的H＋浓度过高，使Fe3＋较难还原成Fe2＋，反应受阻。因此，pH的变化直接影响Fe2＋和Fe3＋平衡体系，从而影响Fenton试剂的氧化能力。所以，控制好溶液的pH值成为了亚甲基蓝处理效果的关键，为达到最佳的处理效果，本实验确定pH为2．80。

2.1.4 反应时间对亚甲基蓝降解的影响

取50mL浓度为1mmol／L的亚甲基蓝溶液于100mL烧杯中，加入20mmol／L的硫酸亚铁溶液2．5mL，6‰的H2O2溶液22．5mL，调节pH至2．80，进行反应，在不同时间取样，测定溶液的色度和COD的去除率。结果见图4。

由图4可知，随着反应时间的增加，COD和色度的去除率也随之增大。2h后继续处理，COD和色度的去除率几乎不再变化。所以2h已接近反应完全。

图4 反应时间对COD和色度去除率的影响

2.2 超声波对亚甲基蓝降解的影响

取50mL浓度为1mmol／L的亚甲基蓝溶液于100mL烧杯中，进行超声波处理，在不同时间取样测定COD和色度的去除率。结果见图5。

图5 COD和色度去除率随超声波处理时间的变化情况

由图5可知，单独用超声波处理亚甲基蓝，处理效果不明显。所以，超声波处理不适合单独使用。

2.3 超声波和Fenton试剂联合作用对亚甲基蓝降解的影响

取50mL浓度为1mmol／L的亚甲基蓝溶液于100mL烧杯中，加入20mmoL／L的硫酸亚铁溶液2．5mL，6‰的H2O2溶液22．5mL，调节pH值为2．80，超声波处理。在不同时间取样，测定溶液的色度和COD的去除率。结果见图6和图7。

图6 COD去除率随时间变化

图7 色度去除率随时间变化

由图6和图7可知，用超声波和Fenton试剂协同处理亚甲基蓝溶液比单独用Fenton处理，加快了亚甲基蓝的降解速率，减少了处理时间。同时，在实验过程中，单独用Fenton试剂处理亚甲基蓝溶液，烧杯底部会有墨色沉淀产生，而用超声波和Fenton试剂协同处理亚甲基蓝溶液则不会产生沉淀。所以用超声波和Fenton试剂协同处理亚甲基蓝溶液效果更好。

3 结论

本文研究了以自行配制的亚甲基蓝溶液模拟染料废水，在超声波－芬顿试剂协同作用下对其进行降解，考察了反应时间、H2O2用量、硫酸亚铁的用量、溶液pH值等因素对降解效果的影响，从而得到超声波－Fenton试剂处理亚甲基蓝染料废水的最佳条件：1mmol／L的亚甲基蓝溶液50mL，加入20mmol／L的FeSO4溶液2．5mL，加入6‰的H2O2溶液22．5mL，调节pH＝2．80，超声波处理1h，亚甲基蓝溶液的脱色率可达96%以上，COD的去除率达85%以上。应用超声波－Fenton试剂协同法处理亚甲基蓝溶液，减少了反应时间，处理率增高，处理后水质好，同时在超声波的协同作用下，不会产生氢氧化铁沉淀，没有二次污染问题和污泥处理问题，更符合当今水处理的发展要求，而且反应条件简单，易于操作，是一种理想的处理方法，将该方法应用于染料废水的处理会有非常好的前景。

［1］ 梁喜珍，周跃明，王梅．超声波芬顿法协同降解亚甲基蓝的研究［J］．东华理工大学学报：自然科学版，2010，33（2）：183－186．

［2］ 程丽华，黄君礼，倪福祥．Fenton试剂生成·OH的动力学研究［J］．环境污染治理技术与设备，2003，4（5）：12－14．