Fenton试剂处理染料废水的实验研究

俞慧芳，叶瑞金

(景德镇学院 生物环境工程学院，江西 景德镇 333400)

随着染料生产和印染行业的发展，染料废水的治理与排放受到广泛的关注。染料废水具有水量大，污染物成分复杂，COD浓度高，含盐量高，色度高等特点[1]，这增大了对染料废水的处理难度。

高级氧化处理技术具有高氧化性、反应速率快[2-5]、提高可生物降解性等优点，对有机废水处理范围广，效果明显。Fenton试剂法是一种高级氧化技术，常用于废水高级处理，以去除CODcr和色度等。其氧化原理如下：

本实验研究运用Fenton试剂法对模拟染料废水进行处理，探讨处理过程中影响运行的因素及运行条件。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

实验仪器：pH-S300型触屏式酸度计(江苏盛华环保科技有限公司)；722可见光分光光度计(上海元析仪器有限公司)；JA41002电子天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)；KQ-100DV型数控超声波清洗器(昆山式超声器有限公司)。

实验药品：亚甲基蓝(天津市恒兴化学有限公司，分析纯)；七水硫酸亚铁(西陇化工，分析纯)；过氧化氢(30%)(上海振兴化工一厂，分析纯)；氢氧化钠(西陇科学股份有限公司，分析纯)；硫酸(西陇化工，分析纯)。

1.2 实验方法

在初始浓度为10mg/L亚甲基蓝溶液中加入一定量的亚铁离子和过氧化氢，超声振荡，反应过程中定时取样，测定亚甲基蓝的吸光度值。亚甲基蓝溶液在波长664nm处的吸光度值与浓度之间遵循朗伯-比尔定律，则废水脱色率：

式中：D——脱色率(100%)；A0——反应前溶液的吸光度；A——反应后溶液的吸光度。

2 结果和讨论

2.1 无催化剂的降解效果

加入H2O2的浓度固定为150mg/L，初始pH值为5，没有催化剂的实验条件下，结果如图1所示。

由图1可知，在没有催化剂的条件下，H2O2的氧化效率不高，即使反应1h脱色率还没有达到30%。H2O2氧化有机废水的机理是·OH与其他有机物相互作用达到降解的效果。在没有催化剂的条件下，所能提供的·OH不多，不能与亚甲基蓝充分反应，因此去除率低，降解效果不理想。

图1 H2O2的降解结果

2.2 H2O2浓度对去除率的影响

图2 H2O2浓度对脱色率的影响

取亚甲基蓝模拟废水100 mL，调节pH值为5.3，加入一定量的亚铁离子，改变过氧化氢的投加量为50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L，定时取样，测量其吸光度值。数据如图2所示。

从图中看出，随着过氧化氢投加量的增加，染料废水的脱色率呈上升趋势，H2O2浓度达到150 mg/L后，染料废水的脱色率就不显著了。因为过氧化氢投加量较低时，随着投加量的增加，溶液中反应产生的·OH浓度逐渐增加，所以废水脱色率呈上升趋势，当H2O2浓度达到150mg/L后，染料废水脱色率增加缓慢，从经济角度考虑，本实验选用H2O2浓度150mg/L为固定投加量。

2.3 Fe2+浓度对去除率的影响

取亚甲基蓝模拟废水100 mL，调节pH值为5.3，过氧化氢的投加量为150mg/L，改变亚铁离子的投加量为10mg/L、25mg/L、50mg/L、75mg/L、100mg/L，定时取样，测量其吸光度值。结果如图3所示。

由实验可知，在亚铁离子投加量为10mg/L时，废水的脱色率为23.69%，当亚铁离子投加量为25mg/L时，废水的脱色率为66.73%，当亚铁离子投加量为50mg/L时，废水的脱色率为68.94%，当亚铁离子投加量为75mg/L时，废水的脱色率为72.9%。因此可知，亚铁离子在溶液中起催化效用，当溶液中存有的亚铁离子浓度较低时，随着亚铁离子浓度的提高，·OH的浓度能较大幅度提高，催化效果明显；而当亚铁离子浓度继续提高时，发现脱色率并不能有效增加。

图3 不同Fe2+浓度对脱色率的影响

2.4 初始pH值对去除率的影响

取亚甲基蓝模拟废水100 mL，亚铁离子的投加量为25 mg/L，H2O2的投加量为150 mg/L，调节废水的pH值为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，定时取样，测量其吸光度值，结果如图4所示。

图4 不同pH值对亚甲基蓝去除率的影响

2.5 初始亚甲基蓝浓度对去除率的影响

固定H2O2的投加量为150 mg/L、亚铁离子的投加量为25 mg/L、调节废水pH值为5，改变亚甲基蓝的浓度为10、20、30、40 mg/L，定时取样，测量其吸光度值，结果如图5所示。

图5 不同废水浓度对脱色率的影响

从图5看出，亚甲基蓝的初始浓度不同，会影响处理效果。亚甲基蓝溶液的浓度越低， 处理效果会越好，但浓度越低，在对相同废水量的处理情况下，需要的成本就越高，因此在进行废水处理时应当考虑废水的初始浓度。

2.6 反应时间对去除率的影响

固定H2O2的投加量为100mg/L、亚铁离子的投加量为40mg/L、废水pH值为4，间隔1min中取样，测量其吸光度值，结果如图6所示。

图6 反应时间对脱色率的影响

从图6中可知，废水脱色率随着反应时间的增加而增加，而且初始阶段脱色率的变化速率高，这是因为随着反应时间的延长，Fe2+与H2O2快速反应生成·OH，·OH具有很强的氧化能力，能与有机物发生反应，将有机物氧化为CO2和H2O，从而使废水脱色率增大。当反应达到一定时间后，废水有机物浓度降低，·OH也被消耗，废水脱色率变化速率趋于缓慢。

3 结论

本文通过Fenton试剂对亚甲基蓝模拟染料废水脱色率的实验研究，得出以下结论：

⑴Fenton试剂法能有效解决染料废水脱色问题；染料废水脱色率随着过氧化氢的投加量的增加而增加，当过氧化氢的投加量达到一定量时，染料废水脱色率增加缓慢；亚铁离子的投加能有效去除染料废水的色度，染料废水的脱色率也会随着亚铁离子的投加量的增大而增大，但当亚铁离子投加量达到一定量时，染料废水脱色率不能明显增加；废水的脱色率与废水pH值和废水的初始浓度及反应时间有关，在所实验的条件下，废水的pH值为5时最佳，且废水的初始浓度越小，废水的脱色率越高。

⑵根据单因素实验结果，从经济角度考虑，针对模拟染料废水的Fenton试剂法处理，其较佳条件：pH值为5，过氧化氢投加量为150 mg/L，亚铁离子投加量为25 mg/L。