Fenton强化铁炭微电解工艺处理硫化红棕中间体废水

第10期Fenton 强化铁炭微电解工艺处理硫化红棕中间体废水

于凤刚，李彦锋*，周林成，韩荣新，白雪

（兰州大学化学化工学院资源环境学院，生物化工及环境技术研究所，甘肃兰州730000）

摘要：硫化红棕染料生产废水是目前最难处理的废水之一，开发新型处理工艺有着十分重要的意义。文章利用Fenton 强化铁炭微电解法对硫化红棕生产废水进行处理[1]，

通过正交试验,确定铁炭微电解最佳条件为：pH 为2.5、铁炭（V ）比为5∶1、反应时间为2h 。通过单因素试验,确定Fenton 氧化反应最佳条件为：Fe 2+质量浓度为116.2mg/L 、H 2O 2用量为20mL/L 、反应时间为65min 。结果表明，铁炭微电解处理废水COD 去除率可达60.47%，色度去除率可达96.8%，BOD 5/COD 由0.08升高至0.21，废水再经Fenton 试剂氧化后，COD 去除率可达89.0%，

色度去除率可达98%，BOD 5/COD 由0.21升高至0.38，该组合工艺COD 总去除率可达95.6%。关键词：硫化红棕废水;正交试验;铁炭微电解;Fenton 氧化中图分类号：X703

文献标志码：A

doi ：10.3969/j.issn.1003-6504.2009.10.035

文章编号：1003-6504(2009)10-0149-04

Treatment of Sulphur Red Brown Intermediate by Fenton

Oxidation and Iron-carbon Microelectrolysis

YU Feng-gang,LI Yan-feng *,ZHOU Lin-cheng,HAN Rong-xin,BAI Xue

（School of Chemistry and Chemical Engineering,Institute of Biochemical Engineering and Environmental Technology,

School of Resource and Environment,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China ）

Abstract ：As one of the most unmanageable wastewater,development of new processing technology for sulphur red brown wastewater is becoming very important.Treatment of sulphur red brown wastewater by Fenton oxidation and iron-carbon microelectrolysis was studied,with the optimum conditions of iron-carbon microelectrolysis obtained by orthogonal experiment as pH 2.5,cubage proportionment of iron to carbon 5∶1and reaction time 2h.The optimum conditions of Fenton oxidation were obtained by single factor experiment,with concentration of Fe 2+116.2mg/L,dosage of H 2O 220mL/L and reaction time 65min.The experiment results showed that COD removal rate reached to 60.47%,chroma removal rate reached to 96.8%,and BOD 5/COD cr increasing from 0.08to 0.21in wastewater treated by iron-carbon microelectrolysis,then COD removal rate reached to 89.0%,chroma removal rate reached to 98.0%and BOD 5/COD increasing from 0.21to 0.38in wastewater treated by Fenton oxidation.COD removal efficiency can be up to 95.6%by the combined process.Key words ：sulphur red brown wastewater;orthogonal experiment;iron-carbon microelectrolysis;Fenton oxidation

以对氨基苯酚和2，4-二甲基甲苯为原料生产硫

化红棕染料是目前工业生产染料常用的工艺之一，而

该工艺在生产过程排出的废水主要含有带有氨基、

羟基等取代基的芳香族化合物、偶氮类有机化合物及S 2-等，对微生物具有较强的毒性，用传统的生化方法处理，效率较低[2-3]。该类废水为目前最难处理的废水之一，对该废水的达标处理已成为目前该类化工行业急需解决的问题[4]。

本试验针对此特殊化工废水，借鉴前人的研究经验，利用Fenton 强化铁炭微电解工艺对硫化红棕中间

体废水进行了预处理研究。通过试验研究了该组合工艺操作参数的选择对处理效果的影响，为该处理技术的应用提供理论和实践依据。1材料方法

1.1废水的来源及水质

试验用水取自内蒙古某工业园硫化红棕生产厂生产废水，废水中含有S 2-、酚类、苯类、氨类等多种有机物、无机物，废水可生化程度低，色度高。水质指标如表1。

收稿日期：2008-06-23；修回2008－09－06

基金项目：甘肃省科技攻关项目（GS022-A52-082）;兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室开放基金（SKLAOC2004-39）

作者简介：于凤刚（1979-），男，硕士研究生，研究方向为分子催化与绿色化工过程，（手机）153********（电子信箱）yufg06@https://www.wendangku.net/doc/751217894.html, ；*通讯作者，（电子信箱）liyf@https://www.wendangku.net/doc/751217894.html, 。

Environmental Science &Technology

第32卷第10期2009年10月

Vol.32No.10

Oct.2009

第32卷

因素水平A ：进水pH 值 1.9 2.5 3.5 4.5 5.5B ：铁屑量(V )/活性炭量(V )

23456C ：

反应时间(h)0.67

1

2

3

4

表2正交试验影响因素及水平

Table 2The influence factor and level of orthogonality experiment

项目COD （mg/L ）pH N-NH 4+（mg/L ）色度（倍）

S 2-（mg/L ）B/C

(%)数值

2439.30

9.3

104

25000

19.97

8.14

表1废水水质

Table 1The quality of wastewater

1.2试验材料

铁屑：球墨铸铁，分别用稀碱、

稀酸浸泡处理，以除去表面的氧化膜和油膜，沥干水洗待用。

活性炭：在试验废水中浸泡24h ，以排除活性炭吸附作用的影响。1.3试验分析方法[5]

S 2-：典量法；COD ：重铬酸钾法；pH ：HI9025型pH 计；色度：铂钴标准比色法；BOD 5：五日培养法；Fe 2+：邻菲啰啉分光光度法。1.4试验装置及工艺流程

试验装置流程如图1。

试验所用集水池：玻璃缸，有效容积20L ；高位水

槽：PVC 桶，有效容积50L ；铁炭微电解反应器：玻璃

柱，内径10cm ，

高60cm ，有效容积4L ；H 2O 2反应池：PVC 长方体，长×宽×高=50cm ×10cm ×20cm ，有效容积12.5L ，中间设有隔板，隔板可以起到搅拌作用，提高处理效率。2结果与讨论

2.1铁炭微电解试验

不同的废水成分，所需要的最佳操作条件不尽相同[6]，

对于硫化红棕中间体污水的处理首先需确定其最佳操作条件。通过正交试验，研究各主要因素对铁炭微电解法处理硫化红棕废水效果的影响次序和最

佳反应条件，以出水的COD 为指标，

按L 25(53)正交试验，影响因素及水平如表2所示，试验结果见表3。

从表2可以看出，铁炭微电解处理硫化红棕废

水，色度去除率高，但仍需进一步处理以降低COD 。各影响因素对COD 去除率重要性顺序为B >C >A ，这种重要性表示在铁炭微电解处理硫化红棕废水中，铁炭体积比为主要因素，反应时间和pH 值影响较弱，由此选择A 2B 4C 3为最佳水平，即铁炭体积比为5，pH 值为2.5，反应时间为2h ，水样中COD 可以得到较好的降解。

2.2Fenton 试剂氧化试验2.2.1H 2O 2投加量的影响

由于Fenton 试剂法在酸性条件的下始终能保证

良好的除污效果[7-9]。

铁炭微电解出水Fe 2+质量浓度为36.2mg/L ，COD 为964.26mg/L ，色度为800倍，调节铁炭微电解出水pH 值为2~3.5之间，在常温下反应时间为1h ，考察了H 2O 2(30%)投加量对Fenton 试剂法处理效果的影响，结果如图2所示。

图2表明，铁炭微电解出水投加H 2O 2后，对

COD 的去除效率大大提高，当其投加量大于20mL/L 时，对COD 去除率的提高较小。故在Fenton 试剂氧化试验中H 2O 2(30%)最佳投加量为20mL/L 。2.2.2Fe 2+浓度的影响

Fe 2+是催化产生自由基的必要条件，当Fe 2+浓度过低时，自由基的产生量和产生速度都很小，反应速度极慢[10]。在常温下投加20mL/LH 2O 2(30%)，考察Fe 2+质量浓度对Fenton 试剂处理效果的影响，其结果如图3。

由图3可以看出，当Fe 2+的质量浓度<116.2mg/L 时，随着Fe 2+浓度的增加COD 去除率显著提高；当Fe 2+的质量浓度>116.2mg/L 时，随Fe 2+浓度的COD 去除率提高较小，有下降趋势。这是因为Fe 2+浓度的升高会造成羟基自由基复合几率增大，使之不能有效与有机物反应[11]。故Fe 2+质量浓度在116.2mg/L 左右为宜。

2.2.3反应时间的影响

在常温下，铁炭微电解出水COD 为964.26mg/L ，Fe 2+的质量浓度为116.2mg/L ，H 2O 2(30%)投加量为

第10期

试验号

因素出水指标

A B C COD(mg/L)COD 去除率（%）

色度去除率（%）

1 1.920.671375.2843.6298.20

2 1.9311351.3844.6096.80

3 1.9421237.2149.2898.60

4 1.9531009.1458.6398.40

5 1.9641156.7252.5898.00

6 2.530.671415.2841.9897.60

7 2.5411317.4745.9995.00

8 2.552964.2560.4796.80

9 2.5631062.0756.4697.0010 2.5241326.9845.6092.4011 3.540.671234.5349.3996.0012 3.5511055.9756.7186.0013 3.5621137.9353.3595.0014 3.5231328.9445.5297.0015 3.5341229.4149.6092.0016 4.550.671153.0652.7395.0017 4.5611238.1949.2480.8018 4.5221300.6346.6897.4019 4.5331093.5455.1792.4020 4.5441360.1544.2494.4021 5.560.671289.4147.1480.8022 5.5211355.0344.4579.2023 5.5321286.2447.2787.0024 5.5431122.3253.9987.0025 5.5541494.80

38.72

98.24

K 149.7444.9746.77K 250.1047.5248.00K 349.9248.3851.21K 449.6153.2553.75K 546.3251.5545.95R

3.79

8.287.81

影响次序B ＞C ＞A 最优水平

A 2

B 4

C 3

表3正交试验L 25(53)结果及极差分析

Table 3The result of L 25(53)orthogonality experiment and analysis of variance

于凤刚,等Fenton 强化铁炭微电解工艺处理硫化红棕中间体废水20mL/L 的条件下，考察反应时间对处理效果的影响，

结果如图4。

当反应时间＜65min 时，对COD 去除率随反应时间的增长明显提高，当反应时间＞65min 时，对COD 去除率趋于稳定(约88%)，故Fenton 试剂强化处理的最佳时间为65min 。3结论

（1）利用正交试验确定铁炭微电解法处理硫化红棕生产废水影响因顺序依次为：铁（V ）/活性炭（V ）、反应时间、pH 值，最佳反应条件为：废水pH 值为2.5、铁（V ）/活性炭（V ）为5、反应时间为2h 。废水经处理

后，

COD 去除率达60.47%，色度去除率达96.8%。出

第32卷

水Fe2+的质量浓度为36.2mg/L。

（2）利用单因素试验确定Fenton试剂氧化最优化条件为：反应时间为65min、H2O2（30%）用量为20mL/L、Fe2+质量浓度为116mg/L。常温下对废水中COD去除率达89%，色度去除率＞98%。

（3）采用铁炭微电解+Fenton试剂联合工艺处理高色度、高毒性硫化红棕生产废水，COD总去除率达95.6%以上，色度去除率达99.5%以上，出水COD 与BOD5分别降至100mg/L左右、38mg/L左右，色度降至20倍以下，达到了国家二级排放标准（GB8978-1996）。联合工艺运行稳定、成本低廉、操作简单，是高毒性、高色度、难生化染料生产废水适宜的处理技术。

[参考文献]

[1]解清杰，何佳，马涛,等.电Fenton方法处理六氯苯污染

沉积物工艺参数研究[J].环境科学与技术,2006,29(12): 59-62.

Xie Qing-jie,He Jia,Ma Tao,et al.Technical parameters of electro-Fenton treatment for hexachlorbenzene-containing sediments[J].Environmetal Science&Technology,2006,29

(12):59-62.(in Chinese)

[2]宋智勇,周集体,王竞,等.偶氮染料废水的生物脱色研究进

展[J].环境科学与技术,2003,26(12):78-80.

Song Zhi-yong,Zhou Ji-ti,Wang Jing,et al.Progress on bio-decolorization of azo-dye wastewater[J].Environmen－tal Science&Technology,2003,26(12):78-80.(in Chinese) [3]冯晓西,乌锡康.精细化工废水治理技术[M].北京:化学工

业出版社,2000:176-183.

Feng Xiao-xi,Wu Xi-kang.Wastewater Treatment Tech－nology of Fine Chemicals[M].Beijing:Chemical Industry Publishing Company,2000:176-183.(in Chinese)

[4]刘光明,周霞,孔令仁,等.光助Fenton氧化化学絮凝法联合

处理R盐废水的研究[J].环境污染治理技术与设备,2005,6

(9):58-61.

Liu Guang-ming,Zhou Xia,Kong Ling-ren,et al.Treatment of R salt wastewater with photo-assisted Fenton and floc－culation process[J].Techniques and Equipment for Envi－ronmental Pollution Control,2005,6(9):58-61.(in Chinese) [5]国家环保局水和废水检测分析方法编委会.水和废水检测

分析方法[M].(第三版)北京:中国环境科学出版社,1989: 92-93,180-182,331-332,354-356,362-366.

Editorial Group of Water&Wastewater Detection and Analysis Method Environmental Protection.Water& Wastewater Detection and Analysis Method[M],The Third Edition Beijing:China Environmental Science Publishing Company,1989:92-93,180-182,331-332,354-356,362-366.(in Chinese)

[6]徐东辉,李德生,姚智文.铁炭曝气微电解对炸药废水的试

验研究[J].环境科学与技术,2006,29(11):79-81.

Xu Dong-hui,Li De-sheng,Yao Zhi-wen.Treatment of dynamite wastewater by ferric-carbon aeration micro-elec－trolysis[J].Environmental Science&Technology,2006,29

(11):79-81.(in Chinese)

[7]田园,陈广春,杨峰,等.UV-Fenton氧化高浓度木糖生产废

水的研究[J].环境科学与技术,2007,30(7):76-78.

Tian Yuan,Chen Guang-chun,Yang Feng,et al.High con－centration xylose wastewater treatment by UV-Fenton oxi－dization[J].Environmental Science&Technology,2007,30

(7):76-78.(in Chinese)

[8]郝火凡,田维平.Fenton试剂氧化处理弹炸药废水[J].净水

技术,2005,24(3):27-29.

Hao Huo-fan,Tian Wei-ping.Treatment of TNT wastewa－ter by Fenton reagent[J].Water Purification Technology, 2005,24(3):27-29.(in Chinese)

[9]曲久辉,刘娟.水处理电化学原理与技术[M].北京:科学出版

社,2007:70-71.

Qu Jiu-hui,Liu Juan.Electrochemical Theory and Technol－ogy of Water Treatment[M].Beijing:Science Publishing Company,2007:70-71.(in Chinese)

[10]朱秀华,张诚,丁珂,等.Fenton氧化技术处理硝基苯废水的

实验研究[J].工业安全与环保,2007,33(1):30-33.

Zhu Xiu-hua,Zhang Cheng,Ding Ke,et al The laboratori－al study of wastewater treatment for nitrobenzene by Fenton [J].Industrial Safety and Dust Control,2007,33(1):30-33.

(in Chinese)

[11]Delaat J,Gallard H,Ancelin S,et https://www.wendangku.net/doc/751217894.html,parative study of

oxidation of atrazine and acetone by H2O2/UV,Fe(Ⅲ)/UV, Fe(Ⅲ)/H2O2/UV and Fe(Ⅱ)or Fe(Ⅲ)/H2O2[J].Chemo－sphere,1999,

39(15):2693-2706.