Fenton试剂处理弱酸艳蓝染料废水的试验研究

黄 昊

（南平市邵武环境监测站，福建 邵武 354000）

印染工业是全球水污染的主要来源之一，其废水排放对环境造成严重危害。印染废水包含大量有机染料、助剂和其他有机物，这些物质会导致水体污染，破坏水生态系统平衡[1]。弱酸性亮蓝染料是一种广泛用于印染工业的染料，其废水含有高浓度的染料，色度和化学需氧量（COD）较高，因此处理弱酸性亮蓝染料废水成为一项紧迫的任务[2]。采用吸附法、生物氧化法等传统方法处理弱酸艳蓝染料废水时，色度及COD 去除效果不佳。Fenton试剂是由过氧化氢和亚铁离子组成的混合溶液体系，它是一种强氧化剂，已被广泛应用于废水处理。Fenton试剂通过生成羟基自由基（·OH），可以有效降解有机物，包括染料和其他有机物。本文采用Fenton 氧化法处理弱酸艳蓝染料废水，通过试验探讨Fenton试剂在弱酸性亮蓝染料废水处理中的应用潜力，以减少废水的色度和COD，有效降解有机物[3]，为实际印染废水处理提供科学依据。

1 试验部分

1.1 试剂及仪器

主要试剂有七水合硫酸亚铁、草酸钛钾、高锰酸钾、氢氧化钠、弱酸艳蓝RAW、净洗剂AS、专用氧化剂、专用催化剂和过氧化氢（浓度30%）等。主要仪器有污水COD 速测仪、紫外可见光光度计、精密pH 计、电子天平和取液器等。

1.2 试验方法

1.2.1 标准曲线的建立

用蒸馏水分别配制浓度为10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、25 mg/L、30 mg/L、35 mg/L、40 mg/L、45 mg/L、50 mg/L 的弱酸艳蓝RAW 染液，测定最大吸收波长628 nm 处的吸光度，绘制吸光度与浓度的标准曲线。

1.2.2 Fenton试剂处理模拟废水

配制弱酸艳蓝RAW 浓度为0.1 g/L、AS 浓度为0.5 g/L 的模拟印染废水（废水COD 浓度990.78 mg/L），加入H2SO4调节废水的pH，然后投加FeSO4进行有效搅拌并置于振荡水浴锅中控温，加入H2O2进行反应，设定反应时间，加入NaOH 溶液调节pH 至10。静置1 h 后离心，取上清液测COD、最大吸收波长处吸光度[4]。

测定模拟印染废水处理前后的弱酸艳蓝RAW 浓度，然后采用式（1）计算色度去除率。H2O2含量的测定采用高锰酸钾法和钛盐光度法，COD 测定采用重铬酸钾法[5]。

式中：P为色度去除率，%；C后为处理后的弱酸艳蓝RAW 浓度，g/L；C前为处理前的弱酸艳蓝RAW 浓度，g/L。

2 结果与讨论

2.1 H2O2 投加量对废水色度和COD 去除率的影响

反应时间为90 min，反应温度为50 ℃，pH 为2.5，FeSO4投加量为0.5 g/L，在不同的H2O2投加量（2 mL/L、3 mL/L、4 mL/L、5 mL/L、6 mL/L、7 mL/L、8 mL/L）下测定废水的色度和COD 去除率，结果如图1所示。H2O2投加量对废水色度去除率影响较小。H2O2投加量从2 mL/L 增加至8 mL/L 时，COD 去除率先增大后趋于稳定，从29.38%增加至71.89%左右，这是因为H2O2投加量增加带来更多的·OH，其与有机物反应的概率增大。H2O2投加量达到5 mL/L 后，进一步加入H2O2，COD 去除率变化不大，趋于稳定。经综合考虑，H2O2投加量取5 mL/L。

图l H2O2 投加量对废水色度和COD 去除率的影响

2.2 FeSO4 投加量对废水色度和COD 去除率的影响

反应时间为90 min，反应温度为50 ℃，pH 为2.5，H2O2投加量为5 mL/L，在不同的FeSO4投加量（0.2 g/L、0.3 g/L、0.4 g/L、0.5 g/L、0.6 g/L、0.7 g/L、0.8 g/L、0.9 g/L）下测定废水色度和COD 去除率，结果如图2所示。FeSO4投加量对色度去除率影响较小，当FeSO4投加量从0.2 g/L 增加至0.9 g/L 时，COD 去除率先增大后趋于稳定，从7.86%增大到71.89%。FeSO4投加量达到0.5 g/L 后，进一步加入FeSO4，COD 去除率变化不大，趋于稳定。经综合考虑，FeSO4投加量取0.5 g/L。

图2 FeSO4 投加量对废水色度和COD 去除率的影响

2.3 反应时间对废水色度和COD 去除率的影响

反应温度为50 ℃，pH为2.5，FeSO4投加量为0.5 g/L，H2O2投加量为5 mL/L，在不同的反应时间（60 min、90 min、120 min、150 min、180 min、210 min、240 min、270 min）下测定废水色度和COD 去除率。反应5 min左右时，废水色度去除率已达99.38%，反应时间对色度去除率影响较小，对废水COD 去除率影响较大。反应5 min 时，废水COD 去除率仅为0.74%，随着反应时间的增加，废水COD 去除率先增加后趋于稳定，反应时间达到90 min 时，COD 去除率最大，为71.89%。反应时间达到90 min 后，继续增加反应时间，对废水COD 去除率几乎没有影响。经综合考虑，反应时间取90 min。

2.4 反应温度对废水色度和COD 去除率的影响

反应时间为90 min，pH 为2.5，FeSO4投加量为0.5 g/L，H2O2投加量为5 mL/L，在不同的反应温度（30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃）下测定废水色度和COD 去除率。反应温度对废水色度去除率影响较小，对废水COD 去除率影响较大。反应温度介于30～80 ℃时，随着温度的增加，废水COD去除率先增加后降低，温度为60 ℃时，废水COD 去除率出现最大值。为了探究其原因，试验采用钛盐光度法对Fenton 氧化后溶液的H2O2残余量进行测定，结果如表l所示。反应温度介于30～60 ℃时，随着温度的升高，反应后溶液的H2O2浓度下降，经推测，随着温度的升高，·OH 的活性增大，可提高废水COD 去除率。反应温度分别为60 ℃和80 ℃时，H2O2残余量几乎一样，但反应温度为80 ℃时，COD 去除率略有下降，这可能是因为温度升高，H2O2自行分解量增加。

表1 Fenton 氧化后水样COD 去除率及H2O2 残余量

2.5 初始pH 对废水色度和COD 去除率的影响

反应时间为90 min，反应温度为50 ℃，FeSO4投加量为0.5 g/L，H2O2投加量为5 mL/L，在不同的初始pH（2、3、4、5、6）下测定废水色度和COD去除率，结果如图3所示。pH 对废水色度去除率的影响较小，对废水COD 去除率的影响较大。pH 从2 升高到6 时，COD 去除率从80.12%降低至9.2%。这可能是因为酸性越强，产生的·OH 越多，增强水样处理效果，pH 升高会抑制·OH 的产生，同时也会降低Fe2+的催化效果。经综合考虑，最佳pH 控制在2.0～2.5。

图3 初始pH 对废水色度和COD 去除率的影响

2.6 正交试验

经单因素试验，初步确定采用Fenton 氧化法处理弱酸艳蓝染料废水的适宜工艺条件，综合考虑各种因素，设计以pH、温度、H2O2投加量、FeSO4投加量为变量的四因素四水平的正交试验，考察弱酸艳蓝染料废水的COD 和色度去除率，以便找出各因素对废水处理影响的强弱。正交试验结果表明，4 个因素对COD 去除率的影响大小排序为：温度＞pH ＞FeSO4投加量＞H2O2投加量。温度对COD 去除率的影响最大，其次是初始pH，因此，试验要严格控制反应温度和初始pH。而色度去除率的极差均很小，4 个因素中，H2O2投加量对色度去除率影响最大。

3 结论

Fenton 氧化法可用于处理弱酸艳蓝染料废水，COD 和色度去除效果好，COD 和色度去除率分别达到71.89%和99%。温度对废水COD 去除率的影响很大，适宜的反应温度为50～60 ℃，色度和COD 去除效果好。初始pH 对废水COD 去除率有很大的影响，适宜的初始pH 为2.0～2.5。正交试验结果表明，4 个因素对COD 去除率的影响大小排序为：温度＞pH ＞FeSO4投加量＞H2O2投加量。在4 个因素中，H2O2投加量对色度去除率的影响最大。本试验采用Fenton 氧化法处理弱酸艳蓝染料废水，确定最佳工艺条件，即反应时间为90 min，反应温度为50 ℃，初始pH 为2.5，FeSO4投加量为0.5 g/L，H2O2投加量为5 mL/L，此时COD 和色度去除效果最好。