铁元素在铁炭微电解_Fenton试剂深度处理印染废水中的形态及含量变化试验研究_图文

1、铁元素在铁炭微电解2Fento n试剂深度处理印染废水中的形态及含量变化试验研究刘勇健1,姜兴华2,庄虹1(1.苏州科技学院化学与生物工程学院,苏州215011;2.苏州科技学院环境科学与工程学院,苏州215011摘要:通过试验采用铁炭微电解2Fenton试剂联合氧化技术对印染废水进行深度处理,考察了进水p H值、H2O2投加量、水力停留时间、反应器连续运行时间等因素对出水水质及出水中铁元素形态及其含量的影响,试验结果表明:当进水p H值为2、H2O2加入量为3.2mL/L、水力停留时间为90min、出水中Fe3+较低时,出水水质最好, COD去除率达90%以上,且反应器运行最稳定;反应器连续

2、运行20d以上时,出水水质有所下降,填料堵塞严重。关键词:铁元素;形态变化;铁炭微电解2Fenton试剂;联合氧化技术;印染废水;深度处理中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:167121556(200906200582043Study on Experiment of Changes of Iron in the Advanced T reatment of Printing and Dyeing W aste w aterby Iron2carbonmicro2electrolysis2Fenton R eagentL IU Y ong2jian1,J IAN G Xing2hu

3、a2,ZHUAN G Hong1(1.Dep artment of Chemical an d B iological Engi neeri ng,S uz hou U ni versit y of S cience an dTechnolog y,S uz hou215011,Chi na;2.Dep artment of Envi ronment al S cience and En gi neeri ng, S uz houUniversit y of S cience and Technolog y,S uz hou215011,Chi naAbstract:Iron2carbo n

4、micro2elect rolysis2Fenton reagent wit h combined oxidation technology was used to st udy t he impact on t he water quality and different forms of iron element of influent p H value,H2O2dos2 age,hydraulic retention time,continuous operation time,aeration intensity and ot her factors in t he advanced

5、 t reat ment of p rinting and dyeing wastewater.The result s showed t hat when t he influent p H value was2, H2O2do sage was3.2ml/L,hydraulic retention time was90min and aeration intensity was0.1m3/h,t he effluent water quality was best.The COD removal rate reached more t han90%and t he reactor oper

6、ated stably.If t he reactor operated for more t han20days continuously,t he effluent water quality declined and t he filler blockage became severe.K ey w ords:iron element;morp hological changes;iron2carbon micro2electrolysis2Fenton reagent;combined oxidation technology;p rinting and dyeing wastewat

7、er;advanced t reat ment0引言铁炭微电解2Fenton试剂联合氧化技术,是在铁炭微电解反应中加入适量的H2O2,使电解反应产生的Fe2+与H2O2形成Fenton试剂,强化对废水中有机物的去除。该技术对印染废水的深度处理具有很好的效果:出水COD、色度、盐度等各项指标均达到印染行业回用水质标准1;深度处理过程中,铁元素以单质铁、Fe2+、Fe3+、Fe2O3x H2O等各种形态存在,不同的反应条件和运行状况会导致铁元第16卷第6期2009年11月安全与环境工程Safety and Environmental EngineeringVol.16No.6Nov.20093收稿

8、日期:2009203228修回日期:2009209211基金项目:江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CX08S_021Z、苏州市社会发展专项基金项目(Z1243资助。素的形态及含量发生变化,从而影响反应过程的控制并导致出水水质的差异。为此,笔者通过试验研究铁元素在铁炭微电解2Fenton 深度处理印染废水中的各种形态变化,分析了不同反应条件下铁元素的形态及含量的变化规律和对出水水质的影响,并提出了该技术在运行过程中的最佳反应条件。1试验仪器和方法1.1试验试剂和仪器试验用铸铁屑(1mm ×4mm 取自某学校金工实习厂;活性炭为A R ,40目;试验所用H 2SO 4、Ca (O

9、H 2、H 2O 2(30%均为分析纯试剂;废水为苏州某印染厂的A/O 二级出水,其水质参数为COD Cr 100mg/L 、色度40(稀释倍数法、p H 值6、盐度2500mg/L 。试验仪器有:P HB 28型笔式p H 计、J Y3002型电子天平、可调万用电炉、2DZ 22xu2波纹管药液计量泵、SH 23循环水多用真空泵、CONCEP Tc 磁力泵、铁炭微电解反应器(自制,<80mm ×800mm 。1.2试验方法铁屑用5%热NaO H 溶液碱洗10min ,除掉铁屑表面的油分;然后用10%的稀H 2SO 4浸泡10min ,除掉表面的金属氧化物后用自来水冲洗干净。活

10、性炭用原水充分浸泡72h ,使之吸附接近饱和,消除吸附对电解试验的影响。试验方法是:将铁炭按照一定的体积比混合后装入反应器,将原水调至所需p H 值,并加入适量的H 2O 2,通入反应器中;连续运行,通过阀门控制反应器内的曝气量,通过控制进水流量来控制废水的水力停留时间;待反应稳定约3h 后测定其出水中Fe 2+、Fe 3+的含量;出水用Ca (O H 2乳浊液和NaO H 调节p H 值为78,并曝气810min ,使出水中铁元素全部转换成Fe (O H 3沉淀,静置4h 后取上清液测定其COD Cr 。试验装置如图1所示。图1铁炭微电解2Fenton 试剂深度处理印染废水试验装置Fig.1

11、Experimental device used in the advancedtreatment of printing and dyeing wastewater by iron 2carbon micro 2electrolysis 2Fenton reagent1.3检测指标及分析方法试验检测的指标为COD 、Fe 2+、总铁、Fe 2+,其分析方法是:COD 采用重铬酸钾法测定;Fe 2+采用邻二氮菲吸光光度法(不加盐酸羟胺测定;总铁采用邻二氮菲吸光光度法(加盐酸羟胺测定;而Fe 3+=总铁-Fe 2+。2试验结果与讨论2.1正交试验设计及分析设计以p H 值、H 2O 2用量、铁炭

12、体积比和反应时间为变量的L 9(34正交试验,其结果见表1。表1L 9(34正交试验结果Table 1Results of the orthogonal experiment 编号影响因素p H 值H 2O 2用量/(mL L -1铁炭体积比停留时间/(min 加碱混凝出水COD Cr去除率/%123456789K 1K 2K 310.3781.62.4由表1可以看出:在选择的水平范围内,各因素对废水COD Cr 去除率的影响大小依次是:p H 值>铁炭体积比>H 2O 2加入量>水力停留时间;选定最佳的反应条件是:p H 值为2,铁炭体积比为11,H 2O 2用量为3.2m

13、L/L ,水力停留时间为90min 。2.2进水pH 值的影响设定铁炭的体积比为11,水力停留时间为90min ,不加入H 2O 2,将进水调至不同的p H 值,出水p H 值均为5.7左右,此时出水中的铁元素以Fe 2+的形态存在,进水p H 值对未中和前出水中Fe 2+含量以及中和后出水中COD Cr 去除率的影响如图2、图3所示。由图2、图3可知:随着进水p H 值的升高,出水中Fe 2+的浓度不断降低,当p H 值由1升至2时,Fe 2+由1000mg/L 降至200mg/L ,随着p H 值的进一步升高,出水中Fe 2+的降低并不明显;当95第6期刘勇健等:铁元素在铁炭微电解2Fen

14、ton 试剂深度处理印染废水中的形态及含量变化试验研究进水p H值较低时(小于2时,Fe元素的腐蚀速度加快2,产生的过多的Fe2+与Fenton试剂氧化过程产生的羟基自由基发生反应,降低了废水中羟基的含量,使COD Cr去除率也有所降低,而随着p H值的升高,COD Cr去除率降低较为明显。因此确定进水的最佳p H值为2。2.3H2O2加入量的影响在其他反应条件不变的情况下,改变进水中H2O2的含量,此时出水中铁元素以Fe2+、Fe3+的形态存在,其对出水中铁元素含量的影响如图4所示。图4H2O2加入量对出水中Fe元素含量的影响Fig.4Influence of H2O2dosage on t

15、he content of Fe element由图4可知:随着H2O2加入量的增加,出水中Fe2+浓度不断降低,而Fe3+的含量升高。这是由于H2O2与Fe2+组成Fenton试剂,其试剂主要反应如下:Fe2+H2O2Fe3+HO-+O H(1Fe3+H2O2Fe2+HO2+H+(2反应式(1速度较快、反应式(2速度较慢,因此当Fe2+含量充足的情况下,随着H2O2加入量的增加,反应式(1所生成的Fe3+含量增加3,而反应式(2成为控制整个反应的条件,生成的大量的Fe3+不能被及时转化为Fe2+,造成了Fe3+的积累。另外,在有氧气存在的条件下,Fe3+容易被氧化为铁的水合氧化物,成为黄褐色

16、的絮状沉淀,堵塞填料,使得反应难以控制;在酸性条件下,Fe3+与单质铁发生Fe+Fe3+=2Fe2+反应,在H2O2加入量一定的情况下,该反应造成了单质铁的消耗。研究还表明,随着H2O2的加入,COD Cr去除率先升高、后降低。因此确定铁炭微电解反应中H2O2的加入量以3.2mL/L为宜。2.4水力停留时间的影响设定铁炭体积比为11,进水p H值为2, H2O2的加入量为3.2mL/L,不曝气,水力停留时间对出水中Fe元素含量的影响如图5所示。图5水力停留时间对出水中Fe元素含量的影响Fig.5Influence of hydraulic retention time onthe conten

17、t of Fe element由图5可以看出:水力停留时间的延长使得废水与填料的接触时间变长,因此单质铁的消耗量也相应地增加,导致出水中铁元素总量增大;出水中Fe2+在水力停留时间为1.5h时最大;由于H2O2与Fe2+形成Fenton试剂,其反应造成Fe3+的积累, Fe3+随着水力停留时间的延长不断增大;在水力停留时间大于1.5h后,COD Cr去除率升高变化并不明显1,且耗铁量较大。因此综合考虑后确定水力停留时间以1.5h为宜。2.5反应器运行时间的影响保持上述最佳的反应条件不变,反应器连续运行20d以后,反应器中形成的黄褐色沉淀较多,填料堵塞严重,COD Cr去除率变化情况如图6所示。

18、06安全与环境工程第16卷 图6反应器运行时间对COD Cr去除率的影响Fig.6Influence of running time of reactor on theremoval of COD Cr由图6可以看出:随着反应器运行时间的延长, COD Cr去除率逐渐下降。这是因为经过长时间的运行,反应器中填料铁的表面形态发生了变化(如图7、图8,即由于酸的长时间腐蚀,铁表面的空隙被扩大,导致一些粉末活性炭填充在缝隙里,使得铁炭微电解反应主要发生在单质铁填料的内部而不是表面,由于单质铁表面水流动的速度明显大于内部,致使只有较少的有机物进入单质铁的空隙里经过电解去除;此外,运行时间过长,导致了Fe3+的积累,p H 值较高时,形成了Fe2O3x H2O,严重堵塞填料。图7填料使用前Fe电极SEM图片Fig.7SEM photograp