UVFe3 H2O2体系降解结晶紫染料废水-研究

1、UV/Fe3+/H2O2体系降解结晶紫染料废水-研究            论文作者：龙明策 林金清 吴宝林 王双树摘要：研究了阳离子染料结晶紫在UV/Fe3+/H2O2体系下的均相降解，考察了pH值、H2O2和Fe3+用量等条件对脱色率与COD去除率的影响。结果表明紫外光能大大提高染料的脱色速度和矿化程度，当pH=2.70，H2O2=10mM，Fe3+=0.5mM时80min脱色率大于99%，COD去除率大于70%，且分次投加H2O2能提高矿化程度。对反应20min后水样的

2、紫外-可见吸收光谱和BOD5/COD值的分析表明水样可生化性大大提高。 关键词：Photo-Fenton 过氧化氢 染料废水 结晶紫  近年来利用羟基自由基处理难降解有机废水的高级氧化技术(Advanced Oxidation Technologies, AOT)受到普遍关注1。光Fenton氧化法能有效地产生·OH，而且操作简单、成本低廉，故研究与应用颇多2-3。但该体系中催化分解H2O2需要大量的Fe2+，反应后由于升高pH值会产生大量铁泥沉淀，造成二次污染4，而且局部高浓度的Fe2+消耗H2O2，又会降低有机物的矿化程度5。UV/Fe3+/H2O2构成的类Fenton

3、体系，由于可以利用较低浓度的Fe3+催化H2O2分解而更受欢迎4，而且自然环境中存在Fe3+/H2O2体系，对其研究也具有一定科学意义6。染料废水是公认的较难处理的工业废水之一7。特别是含阳离子型难生化降解的染料废水，本身对微生物产生毒害作用，而采用混凝处理效果也不理想，故多采用Fenton氧化等高级氧化技术处理或预处理。本文研究了含阳离子染料结晶紫的废水在UV/Fe3+/H2O2体系下的降解规律，为实际染料废水的处理提供依据。1 实验部分1.1 主要试剂与仪器硫酸铁、H2O2(30%)、结晶紫(CV)等均为AR级；20W紫外灯（上海仁和照明），400W金属卤灯（广东欧陆照明），756P紫外可

4、见分光光度计（上海光谱），COD消解器+DR-890比色计（美国HACH），868型pH计(美国ORION）。1.2 实验方法将一定体积一定浓度的结晶紫模拟水样置于浅池反应容器中，加入Fe2(SO4)3，用H2SO4或NaOH调节pH值，加入H2O2，迅速混匀，在光源照射或暗处恒温搅拌反应。经一定时间取样，加入中止剂，测定剩余的结晶紫浓度和COD。1.3 分析方法铁的测定：邻二氮菲吸光光度法；H2O2的测定：钛溶液吸光光度法；结晶紫：583nm测定吸光度；COD：密封法，按文献8排除H2O2的干扰。脱色率=(C0-C)/C0；其中C0反应前结晶紫浓度；C反应一定时间的结晶紫浓度。理论H2O2用

5、量的计算方法见文献3。2 试验结果及讨论2.1 结晶紫在不同条件下的降解a：紫外光；b：Fe3+0.5mM, 紫外光；c：H2O2=10mM, 紫外光；d：Fe3+0.5mM, H2O2=10mM, 暗反应；e：Fe3+0.5mM, H2O2=10mM, 紫外光；f：Fe3+0.5mM, H2O2=10mM, 模拟可见光； 其它条件：pH=2.72, 初始结晶紫浓度CV0=105.9mg/L, COD0=158.3mg/L, T=152.2 初始pH值的影响在不同pH值下采用UV/Fe3+/H2O2体系降解结晶紫，结果如图2所示。在pH=2.70时脱色速度最快，这与暗Fenton或光Fento

6、n规律是一致的，表明该反应机理与降解的有机物或光源的种类无关。Pignatello的研究表明Fe()存在形态随pH值变化而不同，而光解效率直接与Fe()的形态有关。当pH>5时，Fe()容易形成Fe(OH)3沉淀；当pH值在2.8左右时，Fe(OH)2+形态达到最值6，占铁总量的一半左右，而Fe(OH)2+是引发光Fenton反应的关键（反应式1），故在此pH值左右Fenton反应速度最大。Fe3+=0.5mM,H2O2 H2O2用量(a)2.5mM, (b)5mM, (c)10mM, (d)20mM, (e)10mM分三次投加, 其他条件：Fe3+0.5mM, CV0=104.0mg/

7、L,COD0=153mg/L, pH=2.72,T=15 图3 H2O2投加量的影响表2 不同H2O2用量下80min的COD去除率H2O2投加量(mM)510201080minCOD去除率(%)2.4 Fe3+投加量的影响图4是不同铁离子用量下的脱色规律。Fe3+用量越多，由于引发反应的速度越快，故脱色速度越快，铁用量大于0.3mM时80min脱色率均大于98%。从最终矿化程度来看(表3)，0.5mM用量最佳，因为过多的Fe3+生成Fe2+，高浓度的Fe2+存在清除·OH作用(反应8)，从而降低了矿化效率。而0.3mM用量时COD去除率也较高，达到66%，由此可见Fe3+用于Fenton反应在较少铁离子用量的条件下仍有很好的结果。 图4 铁离子投加量的影响表3 不同Fe3+用量下80min的COD去除率Fe3+投加量(mM)1280minCOD去除率(%)2.5 结晶紫废水氧化前后的特性分析采用紫外-可见吸收光谱分析Fenton氧化前后的分子变化情况，结果如图5所示。反应20min水样的吸收光谱表明，563nm的吸收峰消失，而且300 nm以下的吸收峰也消失，说明分子的大共轭体系已被破坏，苯环结构也被打开，紫外区有部分吸收，主要来自于小分子的化合物，染料分子尚未完全矿化。比较反应前后的可生化性，结果表明反应20 min后水