非均相芬頓氧化處理乙二醛廢水的初步研究

王　凱

（上海博丹環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司上海200437）

非均相芬頓氧化處理乙二醛廢水的初步研究

王凱

（上海博丹環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司上海200437）

以乙二醛廢水為處理對(duì)象，采用將Fe3+負(fù)載在活性炭纖維為載體的催化劑，以H2O2為氧化劑，初步研究了非均相芬頓氧化技術(shù)對(duì)于乙二醛廢水的處理效果，并與均相芬頓氧化處理方法作比較。結(jié)果表明：非均相芬頓氧化技術(shù)比均相芬頓氧化法處理乙二醛廢水的效果更好，不僅大大提高CODCr、甲醛的去除率以及雙氧水利用率，還能較大程度降低氧化后的產(chǎn)泥量。

乙二醛廢水；非均相；芬頓氧化；催化劑

化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)排放出來的廢水大部分具有成分復(fù)雜、有機(jī)物濃度含量高、難生物降解的特點(diǎn)。在目前的眾多水處理方法中芬頓試劑作為一種強(qiáng)氧化劑用于去除廢水中的有機(jī)污染物，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)[1]。

芬頓反應(yīng)（Fenton reaction）是一種基于羥基自由基反應(yīng)的高級(jí)氧化處理方法，用Fe2+催化H2O2產(chǎn)生羥基自由基的芬頓反應(yīng)是常見的高級(jí)氧化技術(shù)之一[2]。由于羥基自由基的強(qiáng)氧化性，已經(jīng)受到越來越多研究人員的關(guān)注[3-4]。但均相芬頓體系仍存在著一些不足。如：反應(yīng)體系適應(yīng)的pH值范圍較窄，一般使用范圍為3～55]；當(dāng)水處理結(jié)束后.殘存的鐵離子，常使得溶液帶有顏色；H2O2用量大，處理成本高。為解決上述問題，近年來，一種含鐵的固體物質(zhì)作為催化劑的非均相芬頓體系得到了廣泛研究[6]，已成為國(guó)內(nèi)外高級(jí)氧化技術(shù)應(yīng)用在水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文研究了將Fe3+負(fù)載在活性炭纖維為載體的催化劑，以H2O2為氧化劑的非均相芬頓氧化技術(shù)對(duì)工業(yè)乙二醛廢水的處理效果，并與傳統(tǒng)均相芬頓氧化處理法作比較，為將非均相芬頓氧化技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程提供數(shù)據(jù)參考。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水取自某化工廠的乙二醛廢水，其水質(zhì)指標(biāo)為pH：3.35～3.55；CODCr：13100mg/L～15300mg/L；甲醛：7800mg/L～8100mg/L。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1催化劑的制備

向一定體積的硫酸亞鐵溶液中加入一定質(zhì)量的活性炭纖維，攪拌浸漬、過濾、水洗至無Fe3+離子檢出，置于烘箱內(nèi)老化，然后再用蒸餾水沖洗，抽濾至干并放入馬弗爐中升至一定溫度下恒溫固化，取出放入干燥器中冷卻備用。

1.2.2均相芬頓氧化實(shí)驗(yàn)

取200mL乙二醛廢水，置于錐形瓶中，投加一定量的硫酸亞鐵，通過恒溫水浴鍋控制溫度在60℃，在攪拌的情況下，2小時(shí)內(nèi)分別滴加不同體積30%質(zhì)量濃度的H2O2，氧化后利用堿液將水樣pH值調(diào)整至9，形成污泥絮體后過濾，取濾液測(cè)定CODCr、甲醛指標(biāo)，并將過濾后的污泥烘干處理，測(cè)定干污泥產(chǎn)量，并計(jì)算雙氧水的利用率。

1.2.3非均相芬頓氧化實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取一定量自制的活性炭纖維催化劑于錐形瓶中，加入乙二醛廢水200mL，通過恒溫水浴鍋控制溫度在60℃，在攪拌的情況下，2小時(shí)內(nèi)分別滴加不同體積30%質(zhì)量濃度的H2O2，氧化后先將活性炭纖維催化劑過濾分離并收集，再利用堿液將水樣pH值調(diào)整至9，形成污泥絮體后過濾，取濾液測(cè)定CODCr、甲醛指標(biāo)，并將過濾后的污泥烘干處理，測(cè)定干污泥產(chǎn)量，并計(jì)算雙氧水的利用率；過濾分離的活性炭纖維催化劑收集后，在濕潤(rùn)的狀態(tài)下再次使用，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟。

1.2.4雙氧水利用率的計(jì)算方法

2　結(jié)果與討論

2.1CODCr去除率的結(jié)果對(duì)比

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，傳統(tǒng)均相芬頓氧化在相同反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、不同氧化劑投加量的情況下，CODCr的去除率分別為44%、68%和80%，而在此相同條件且在活性炭纖維催化劑循環(huán)重復(fù)使用三次的情況下，非均相芬頓氧化的CODCr去除率都保持在54%、73%和86%左右，非均相芬頓氧化后CODCr的去除率明顯高于傳統(tǒng)均相芬頓氧化，并且有著較好的重復(fù)性，說明所制作的非均相催化劑具有可循環(huán)使用的特性，對(duì)于氧化反應(yīng)還是保持著較好的催化效果。

2.2甲醛去除率的結(jié)果對(duì)比

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，傳統(tǒng)均相芬頓氧化在相同反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、不同氧化劑投加量的情況下，甲醛的去除率分別為89%、95%和99%，而在此相同條件且在活性炭纖維催化劑循環(huán)重復(fù)使用三次的情況下，非均相芬頓氧化的甲醛去除率都保持在97%、98%和99.9%左右，非均相芬頓氧化后甲醛的去除率明顯高于傳統(tǒng)均相芬頓氧化，并且有著較好的重復(fù)性，再次說明所制作的非均相催化劑具有可循環(huán)使用的特性，對(duì)于氧化反應(yīng)還是保持著較好的催化效果。

2.3雙氧水利用率的結(jié)果對(duì)比

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，均相芬頓氧化與非均相芬頓氧化過程中，當(dāng)30%質(zhì)量濃度的雙氧水投加量為5%(V/V)時(shí)，雙氧水利用率最高，分別為47%和61%，但從CODCr去除效果、甲醛去除效果、成本方面以及實(shí)際工程應(yīng)用方面考慮，確定均相芬頓氧化處理乙二醛廢水使用30%質(zhì)量濃度的雙氧水至少需10%(V/V)的投加量，此情況下雙氧水利用率為43%；而非均相芬頓氧化處理乙二醛廢水使用30%質(zhì)量濃度的雙氧水投加量為8%(V/V)為最佳投加量，此情況下雙氧水利用率為53%，由此說明非均相芬頓氧化雙氧水利用率明顯高于均相芬頓氧化。

2.4污泥產(chǎn)生量的結(jié)果對(duì)比

從表1可以看出，均相芬頓氧化與非均相芬頓氧化過程中，污泥產(chǎn)生量隨著雙氧水投加量先增加后減少，非均相芬頓氧化與均相芬頓氧化相比較，非均相芬頓氧化處理方法較大程度降低氧化后的產(chǎn)泥量。

表1　污泥產(chǎn)生量結(jié)果對(duì)比表

3　結(jié)語

3.1非均相芬頓氧化技術(shù)比均相芬頓氧化法處理乙二醛廢水的效果更好，不僅大大提高CODCr、甲醛的去除率和雙氧水利用率，還能較大程度降低氧化后的產(chǎn)泥量，從而大幅度降低實(shí)際工程應(yīng)用上的處理成本。

3.2在相同反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、不同氧化劑投加量活性炭纖維的催化劑循環(huán)重復(fù)使用的情況下，對(duì)于乙二醛廢水的處理效果沒有明顯降低，說明非均相催化劑具有易分離、易回收、能循環(huán)使用、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，因而有很好的開發(fā)和應(yīng)用前景。

[1]許海燕,李義久,劉亞菲.Fenton-混凝催化氧化法處理焦化廢水的影響因素[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2003(3):440-444.

[2]雷樂成,汪大暈.水處理高級(jí)氧化技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[3]李宏,鄭懷禮,李曉紅,等.光助Fenton反應(yīng)催化氧化降解羅丹明B表觀動(dòng)力學(xué)研究［J］.光譜學(xué)與光譜分析,2008,28(11):2644-2648.

[4]趙超,姜利榮,黃應(yīng)平.Fenton及Photo-Fenton非均相體系降解有機(jī)污染物的研究進(jìn)展[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào),2007,23(3):355-360.

[5]張國(guó)卿,羅春田.Fenton試劑在處理難降解有機(jī)廢水中的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2004,30(3):17-20.

[6]何立平,楊迎春,徐成華.針鐵礦催化降解廢水中的羅丹明B［J］.化工環(huán)保,2008(28):396-400.

王凱(1987—)，本科，技術(shù)研發(fā)部研發(fā)中心主任。