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Fenton氧化再生活性炭降低COD

 

1實驗部分

  1.1試劑與儀器

  試劑:硫酸、硫酸銀、重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨、30%雙氧水、七水合硫酸亞鐵:分析純。儀器:PHS-3C型(雷磁)pH計、T6新世紀(jì)紫外可見光光度計、FA2004B型分析天平、MM823EA6-PS型微波爐、HY-4調(diào)速多用振蕩器、Titrette數(shù)字瓶口滴定器。

  1.2活性炭

  本實驗所用活性炭為椰殼顆粒活性炭,粒徑為-20目。浙江某大型染料廠采用該活性炭對分散染料生產(chǎn)排放的廢水進(jìn)行吸附脫色處理,飽和活性炭和新活性炭均取自現(xiàn)場。

  1.3水樣

  實驗所用廢水來源于浙江某染料公司的生產(chǎn)廢水及其自有污水處理設(shè)施的出水。該公司主要生產(chǎn)分散橙288#、分散紫93#、分散藍(lán)291:1三種分散型染料,廢水的水質(zhì)指標(biāo)見表1。

 

 

  1.4實驗及分析方法取2g飽和活性炭和100mL蒸餾水于錐形瓶中,用硫酸調(diào)節(jié)pH,按一定比例加入H2O2和FeSO4•7H2O,在水平振蕩器上振蕩反應(yīng)一段時間后,用450nm的膜過濾,并用清水沖洗得到再生的活性炭,并用其吸附處理30mL的廢水,測吸附后廢水的COD及色度。

  2結(jié)果與討論

  2.1新活性炭吸附處理效果量取2g新鮮活性炭和30mL的 廢水混合,采用靜態(tài)吸附的方法進(jìn)行數(shù)組吸附試驗,考察時間對吸附效果的影響。在不同時間取下相應(yīng)樣品,過濾后測定廢水的各項指標(biāo),并繪制廢水COD和色度去除率隨時間的變化曲線,如圖1所示。由圖1可以看出,這種活性炭對該染料廢水有很好的吸附效果,能夠很好地去除廢水COD和顏色。隨著時間的延長,廢水的COD去除率大幅度的升高,而色度去除率更是在0.5h時就達(dá)到99.07%,基本已經(jīng)脫除了廢水的顏色。當(dāng)反應(yīng)時間達(dá)到2h后,廢水的COD趨于穩(wěn)定,說明此時已經(jīng)達(dá)到了吸附平衡。此時廢水的COD值為6654.3mg/L,COD去除率為44.54%。

 

 

  2.2H2O2投加量對再生率的影響大量研究表明,F(xiàn)enton試劑在pH為3~5時的氧化效能最佳,用硫酸調(diào)節(jié)100mL蒸餾水的pH至3.0,加入2g飽和活性炭混合,按n(H2O2)n(Fe2+)為101加入一定質(zhì)量的硫酸亞鐵粉末,改變H2O2的投加量,振蕩反應(yīng)1h后得到再生炭,并進(jìn)行再吸附試驗,結(jié)果見圖2。結(jié)果表明,H2O2的濃度為4.8mmol/g時,COD和色度去除率達(dá)到最高,分別為34%和80%。原因是當(dāng)H2O2濃度較低時,隨著濃度增加,產(chǎn)生•OH的量也不斷增加,有機(jī)物有較多的機(jī)會接觸•OH,并被氧化。當(dāng)H2O2濃度過高時,產(chǎn)生的•OH接近飽和,繼續(xù)增大H2O2的濃度,反而會發(fā)生副反應(yīng)•OH+H2O2→H2O+HO2•,不僅消耗•OH,還使H2O2無效分解,降低處理效果。因此,最佳H2O2投加量為4.8mmol/g。

 

 

  2.3再生pH對再生率的影響調(diào)節(jié)水的pH值,加入4.8mmol/g的H2O2,按n(H2O2)n(Fe2+)為101,再生1h并進(jìn)行再吸附試驗,根據(jù)水樣的COD及色度去除率確定最適pH,結(jié)果見圖3。由圖3可知,當(dāng)pH為3.0時,COD去除率最高,此時活性炭再生率也最高。當(dāng)pH值較低和較高時,COD去除率均較pH=3.0時有明顯下降,這是因為:當(dāng)pH值較低時,H+濃度較高,過量的H+捕捉·OH,使·OH無效消耗。并且還會導(dǎo)致Fe3+很難被還原為Fe2+,使Fe2+的供給不足,催化反應(yīng)受阻,不利于·OH的產(chǎn)生。而當(dāng)pH值較高時,·OH的產(chǎn)生受抑制,而且Fe2+和Fe3+會以氫氧化物或鐵的復(fù)雜絡(luò)合物沉淀下來,使其催化性能降低;同時,較高pH值也會使H2O2無效分解,使得飽和炭的再生率降低。綜上所述,最佳再生pH為3.0。

 

 

  2.4H2O2與Fe2+的摩爾比對再生率的影響將蒸餾水pH調(diào)節(jié)至3.0,加入2g活性炭,改變n(H2O2)n(Fe2+),依次改變硫酸亞鐵的投加量,反應(yīng)1h后,進(jìn)行再吸附實驗,結(jié)果見圖4。由圖4可見:隨n(H2O2)n(Fe2+)的增加,COD去除率和色度去除率均先增大;當(dāng)n(H2O2)n(Fe2+)為101時,經(jīng)再生炭處理的廢水的COD去除率和色度去除率最高,再生效果最好,再生率為78%。繼續(xù)增大n(H2O2)n(Fe2+),再生炭的吸附效果變差。這是因為:當(dāng)Fe2+濃度過低時,催化反應(yīng)極慢,生成的·OH較少,導(dǎo)致有機(jī)物的去除率較低,隨著Fe2+濃度的升高,·OH的產(chǎn)生量增多,有機(jī)物的去除率上升;但當(dāng)Fe2+的濃度過高時,有機(jī)物的去除率有所下降,一方面是因為過多的Fe2+導(dǎo)致羥基自由基的產(chǎn)生過快,來不及與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)就已經(jīng)湮滅;另外,由于Fe2+的濃度升高,過多Fe2+的被H2O2氧化為Fe3+,使氧化劑發(fā)生損耗,降低活性炭的再生效果。綜上所述,最佳n(H2O2)n(Fe2+)為101。

 

 

2.5時間對再生率的影響在其它條件不變的情況下,改變反應(yīng)時間,考察時間對活性炭再生效果的影響,得到再生炭后,進(jìn)行再吸附試驗,結(jié)果見圖5。從圖5中可以看出,隨再生時間的增加,經(jīng)再生炭處理過的廢水的COD急速下降,并在反應(yīng)時間為1h時,達(dá)到最低點,活性炭再生結(jié)束。

 

 

  3結(jié)論(1)活性炭對實驗所用染料廢水處理效果較好。在經(jīng)過2h的吸附處理后,廢水的COD值趨于穩(wěn)定,吸附達(dá)到平衡,此時COD去除率達(dá)44.86%;在吸附過程進(jìn)行0.5h時,色度去除率就達(dá)到97%,基本脫除了染料廢水的顏色。(2)采用Fenton氧化法對吸附處理染料廢水后的飽和活性炭進(jìn)行再生,活性炭再生的最佳條件為:4.8mmol/g的H2O2,pH為3.0,n(H2O2)n(Fe2+)為101,再生時間為1h。此時活性炭的再生率可達(dá)到78%。(3)使用最佳條件下得到的再生炭對廢水進(jìn)行吸附處理,廢水的COD去除率和色度去除率分別約為34%和80%。