吸附－氧化联合法处理印染废水的研究

刘智峰

（陕西理工学院 化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001）

吸附－氧化联合法处理印染废水的研究

刘智峰

（陕西理工学院 化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001）

采用改性花生壳为吸附剂、Fenton试剂为氧化剂联合处理印染废水，考察了花生壳的投加量、pH值、H2O2投加量、FeSO4·7H2O投加量、搅拌时间等因素对废水COD去除效果的影响，结果表明，最佳处理条件为：改性花生壳投加量为 1.0 g／L，pH 值为 4，H2O2投加量为 0.3 mL／L，FeSO4·7H2O投加量为 1.0 g／L，在 350 r／min 下搅拌 20 min，此时 COD 去除率达 85.7%。

花生壳；Fenton试剂；吸附；氧化；印染废水

我国是纺织印染大国，纺织印染行业排放的废水约为 3×106～ 4×106m3／d［1］，占整个工业废水排放量的35%。印染废水具有以下两大特点［2］：（1）成分复杂，色度大，有机物含量高；（2）水质、水量及pH变化大。目前印染废水的处理方法有：化学法、物化法和生物法。高级氧化技术（AOPs）作为化学处理方法的一种，因其高效性和简易性逐渐引起人们的重视。其中Fenton氧化法氧化能力强，它是利用Fe2＋与H2O2组合而成的一种具有强氧化性的试剂。其处理原理是，在酸性条件下，以Fe2＋作为催化剂，H2O2分解产生强氧化性自由基·OH，使有机物结构发生变化，碳链断裂，最终氧化为二氧化碳和水，从而使废水中的COD大大降低［3］；同时 Fe2＋被氧化，在一定 pH 值条件下生成的Fe（OH）3为胶状悬浮物，具有良好的絮凝、吸附作用，可部分去除水中有机物，因而Fenton试剂兼有氧化和絮凝双重作用［4］。

近年来，利用花生壳制备吸附剂已引起人们的重视，将其用于废水处理方面的研究也有报道。花生壳价廉、易得，且改性后具有与活性炭相同的属性，其粉末中的酚羟基、氨基等对水溶液中有机色团具有较好的交换、结合能力［5］，因而用其作为吸附剂来处理印染废水不但成本很低，而且吸附效果较好，推广前景广阔。本文采用改性花生壳和Fenton试剂分别作为吸附剂和氧化剂，通过寻求吸附—氧化联合处理法的最佳反应条件，研究其对印染废水的处理效果，为解决印染行业的污染问题提供了基础依据。

1 实验部分

1.1 废水水质

印染废水取自西安市某印染厂，废水的污染物指标为：COD 为 564.48 mg／L，色度为 800倍，pH 值为 7.94。

1.2 改性花生壳的制备［6］

称取过0.5 mm筛并经水洗的花生壳50 g，置于2500 mL的大烧杯中，加入500 mL 1 mol／L磷酸溶液，搅拌1 h后，离心去除残余液体，用75℃去离子水清洗，去除游离的磷酸，然后在50℃下烘干备用。

1.3 实验仪器

98－1磁力搅拌器；电子秤量天平；101－1型电热鼓风干燥箱；E－201－C型pH计；锥形瓶（250 mL）；酸式滴定管；具塞比色管（50 mL）；容量瓶（1000 mL）。

1.4 分析方法

COD采用标准回流法测定［7］；pH值采用pH计测定［7］；色度采用稀释倍数法测定［7］。

2 结果与讨论

2.1 花生壳投加量对色度及COD去除率的影响

取5份各100 mL印染废水于5个洁净干燥的烧杯中，调节花生壳投加量分别为 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g／L，搅拌 30 min，过滤后分别测量其COD值和色度，结果如图1。

图1 花生壳粉末对色度及COD去除率的影响

由图1可知，由于花生壳具有巨大的比表面，因而有与活性炭相同的属性，故在一定范围内脱色率随着花生壳投加量的增加而增大，但当花生壳投加量超过一定量时，就会达到饱和状态，继续投加反而会使废水中有机物含量增加，导致色度及COD的去除率随花生壳投加量的增加而逐渐降低。综合考虑，花生壳的最佳投加量为1.0 g／L， 处理后废水的脱色率为 81.25%，COD 去除率为 57.40%。

2.2 pH值对COD去除率的影响

取5份各100 mL印染废水于5个洁净干燥的烧杯中，调节 pH 值分别为 2、3、4、5、6，控制每个烧杯中花生壳投加量为1 g／L，H2O2加入量为1 mL／L，FeSO4·7H2O 的加入量为 0.5 g／L，搅拌 30 min，过滤后分别测量其COD值，结果如图2。

图2 pH值对COD去除率的影响

由图2可知，COD去除率随着pH值升高而增大，当pH值为4时，COD去除率达到最大，可达56%，此后随着pH值升高COD去除率逐渐下降。这是因为降低pH值有利于自由基HO·的产生，而升高pH值则相反，但pH值过低又会限制Fenton 反应速率，因为［Fe（H2O）5OH］2＋在强酸性下形成［Fe（H2O）6］2＋［8］，而［Fe（H2O）6］2＋催化 H2O2产生 HO·自由基的能力较［Fe（H2O）5OH］2＋弱，因此产生的HO·自由基会减少，从而限制反应速率；而pH值在4附近时，H2O2相对稳定，生成HO·自由基速度适中，因而COD的去除率达到最大；当pH≥5时，H2O2分解为H2O和O2的速率加剧，可催化分解为HO·自由基的H2O2有效浓度大幅度降低，故COD的去除率又随着pH值的升高而降低。综合考虑，反应的最佳pH值为4。

2.3 FeSO4·7H2O投加量对COD去除率的影响

取5份各100 mL印染废水于5个洁净干燥的烧杯中，调节pH值均为4，控制每个烧杯中花生壳投加量均为1 g／L，H2O2投加量均为1 mL／L，每个烧杯中分别加入 FeSO4·7H2O 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g／L， 搅拌 30 min， 过滤后分别测量其COD值，结果如图3。

从图3中可知，COD去除率起初随着Fe2＋浓度的升高而增大， 当 FeSO4·7H2O 为 1.0 g／L时，COD 去除率最高，可达 71.49%，此后随着 Fe2＋浓度的升高，COD去除率反而呈下降趋势。这是由于对于一定量的印染废水，FeSO4·7H2O存在最佳投加量 1.0 g／L，低于这个量，则 Fe2＋催化能力不足，不能产生足量的HO·自由基来氧化分解废水中的有机污染物；而高于这个量，则在所有预期的HO·自由基被激发产生之前，就因Fe2＋浓度过高而自行将部分HO·自由基淬灭，造成试剂的无效使用和浪费。综合考虑，FeSO4·7H2O的最佳投加量为 1.0 g／L。

图3 FeSO4·7H2O投加量对COD去除率的影响

2.4 H2O2投加量对COD去除率的影响

取5份各100 mL印染废水于5个洁净干燥的烧杯中，调节pH值均为4，控制每个烧杯中花生壳投加量均为 1 g／L，FeSO4·7H2O 投加量均为 1 g／L， 每个烧杯中分别加入 H2O20.1、0.3、0.5、1.0、1.5 mL／L，搅拌 30 min，过滤后分别测量COD值，结果如图4。

图4 H2O2投加量对COD去除率的影响

由图4可知，COD去除率起初随着H2O2浓度的升高而增大，当H2O2的浓度达到0.3 mL／L时，COD去除率也达到最高，为85%，此后COD去除率随H2O2浓度的增加呈下降趋势。这是由于起初增大H2O2的浓度，能提高反应产生HO·自由基的浓度，因此也能快速去除COD，但同时H2O2也能和有机物竞争与自由基HO·、HO2·反应而淬灭自由基HO·、HO2·，并且H2O2过量越严重，对初始产生的HO·自由基淬灭作用越强烈，因此当H2O2超过 0.3 mL／L 后，COD 去除率反而随着H2O2的升高而下降。综合考虑，H2O2的最佳投加量为 0.3 mL／L。

2.5 搅拌时间对COD去除率的影响

取5份各100 mL印染废水于5个洁净干燥的烧杯中，调节pH值均为4，控制每个烧杯中花生壳投加量均为 1 g／L，H2O2投加量均为 0.3 mL／L，FeSO4·7H2O加入量均为1 g／L，控制搅拌时间分别为 10、20、30、40、50 min， 过滤后分别测量其COD值，结果如图5。

由图5可知，COD去除率随搅拌时间的增大而增大，但从20 min开始COD去除率与搅拌时间曲线开始变得平缓，从20～50 min COD去除率仅仅增加了1.17%，这说明Fenton反应在搅拌20 min后已基本完成。综合考虑，取20 min为最佳搅拌时间。

3 小结

（1）单独使用改性花生壳作为吸附剂处理印染废水具有很好的脱色效果（可达81.25%）和较好的COD去除效果（可达57.40%）。

（2）改性花生壳吸附与Fenton试剂氧化相结合处理印染废水，可使COD去除效果明显加强，最佳处理条件为：改性花生壳投加量为1.0 g／L，pH 值为 4，H2O2投加量为 0.3 mL／L，FeSO4·7H2O投加量为 1 g／L， 在 350 r／min 下搅拌 20 min，此时COD去除率达85.7%。

（3）花生壳产量巨大，具有可再生性，将其用于处理印染废水，能实现废弃物的资源化；另一方面，以改性花生壳作为吸附剂，以Fenton试剂作为氧化剂的吸附－氧化法联合处理印染废水效果优于单独处理，工艺简单，易于操作，对实际生产有很强的指导意义。

图5 搅拌时间对COD去除率的影响

［1］国家环保局，纺织总会，八五研究项目组.纺织工业污染源控制研究报告 ［M］.北京：中国环境出版社，1994.

［2］王佳伟.印染废水的处理方法及其研究动向［J］.广西纺织科技，2010，39（1）：64－66.

［3］ German H Rrossetti， Enrique D.，Albizzati， Orlando M.， Alfano.Decomposition of Formic Acid in a Water Solution Employing the Photo－Fenton Reaction ［J］.Ind eng Chem Res， 2002（41）：1436－1444.

［4］任昭，孟伊倩，张涛，等.Fenton试剂预处理皂素废水的研究［J］.环境保护与循环经济，2010，30（3）：43－45.

［5］刘智峰，李旭.改性花生壳吸附废水中Cr（Ⅵ）条件的优选试验［J］.安徽农业科学，2010，38（24）：16498－16500.

［6］章明奎，方利平.利用非活体生物质去除废水中重金属的研究［J］.生态环境，2006，15（5）：897－900.

［7］国家环保总局.水和废水监测分析方法：第四版.北京：中国环境科学出版社，2002：166－168.

［8］ Burbano A A， Dionysiou D D，Suidan M T， etal..Oxidation kinetics and effect of pH on the degradation of MTBE with Fenton reagent［J］.Water Research， 2005，39（1）：107－108.

10.3969／j.issn.1007－2217.2011.02.006

2011－02－17