浅谈光Fenton方法处理印染废水

赖建军

【前言】纺织技术的发展导致了印染废水的成分日趋发杂，也给治理技术造成一定的困难。本文利用自制的光反应器，联合UV和Fenton试剂进行橙黄II的降解实验，通过紫外分光光度计对橙黄II溶液浓度进行监测，对影响实验的各个因素进行研究进而确定出最佳的反应条件。

【关键词】：印染废水 脱色 影响

1 印染废水的来源及特点

随着我国纺织工业的发展，大量染料及新型助剂的应用，随之而来的印染工业废水的排放迅猛增加，对水体的污染也日益严重。印染废水是我国目前危害大、难处理的工业废水之一，主要来自印染加工过程中所有工序产生的综合废水。包括印染工序中的预处理排放的退浆、煮炼、漂白、丝光废水；染色排放的染色废水；印花排放的皂洗废水和印花废水以及整理阶段排放的整理废水。印染废水成分复杂，主要以芳烃和杂环化合物为母体，并带有显色基团和极性基团，其特点是废水量庞大、色度大、有机物含量高、水质变化无常、难降解等，由于印染废水成分复杂，单一处理方法往往不能达到理想的处理效果，在实际应用中大多采用几种方法的组合来完成对印染废水的彻底处理^【1】。

2 印染废水主要处理技术

印染废水的处理方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法主要原理是吸附作用，利用活性炭、硅藻土和煤渣等多孔物质的粉末或颗粒与废水混合，使污染物质被吸附在多孔物质表面上或被过滤除去。吸附技术特别适合低浓度印染废水的深度处理，在工艺上具有投资小，方法简便易行，成本较低的优点^【2】。在实际应用中要重点考虑吸附剂的选择及二次污染的问题。化学法主要有化学混凝法、化学氧化法和电化学法。化学混凝法虽然操作流程简单，但是对亲水性染料治理效果差，且运行费用也高，二次污泥治理也困难。化学氧化法主要将废水中的无机物和有机物通过化学反应被氧化成无毒物质从而达到治理的目的。其中应用较多的臭氧氧化法，臭氧氧化法的优点在于氧化能力强、去除污染物的效果显著，处理后的废水中的剩余臭氧易分解，不产生二次污染^【3】。虽然脱色效果明显，但运行过程中能耗大，大规模推广比较困难。生物法主要是好氧处理法、厌氧处理法和厌氧-好氧联合处理法。其中好氧生物处理法应用较多，但是其对COD等污染物去除效率不明显，污水难以达标排放，且运行费用及二次污泥也一直不能得到很好解决。

3 光Fenton法处理工艺探讨

Fenton法原理就是化学氧化法，Fenton试剂是由亚铁离子和双氧水组成，反应产生强氧化性的羟自由基，由于羟自由基的氧化还原电位大大高于传统的氧化剂，所以能降解传统氧化剂不能降解的有机物。光Fenton法就是在Fenton法的基础上加入紫外线的参与，提高双氧水的利用效率，极大加速有机物的降解速率。反应机理如下：

双氧水在紫外线照射下产生·OH H₂O₂+hv→2·OH （1）

亚铁离子在紫外光照射下，可以部分转化成三价铁离子，三价铁离子在酸性介质下又可以水解成羟基化的Fe(OH)²⁺，Fe(OH)²⁺在紫外线下又可以转化成二价铁离子，同时产生羟自由

基 Fe(OH)²⁺→2·OH+Fe²⁺ （2）

基于上式的存在使得过氧化氢的分解速率远大于单独亚铁离子或紫外光催化过氧化氢的分解速率的简单加和。本文利用自制的UV反应器，以酸性橙黄II为实验对象，通过改变影响降解实验的各个因素来监测橙黄II的降解效果，以此来确定最佳的反应条件。

3 .1 实验步骤

取一定体积的溶液放置在烧杯中，将烧杯放在磁力搅拌器上保证溶液保持混匀状态。将内侧贴有铝膜，顶部装有紫外灯源的反应箱套住磁力搅拌器及烧杯，实验过程中要确保紫外光源与溶液液面距离保持不变。橙黄II的主要吸收波长是485nm，通过测定其吸光度来监测其溶液浓度变化情况。

3 .2结果分析

3.2.1光源的确定

分别在三种光源下（荧光灯、UV₃₆₅、UV₂₅₄）下，以相同浓度的橙黄II溶液为实验对象，不加任何试剂的情况下，间隔相同时间取样，并分别在485nm下测其吸光度代表橙黄II溶液的浓度，实验数据显示在UV₂₅₄光源下染料废水脱色效果明显，故采取UV₂₅₄光源对橙黄II进行下一步的降解实验。

3.2.2 H₂O₂投加量的影响

以20mol/L的橙黄II为研究对象，固定pH为3.0，Fe²⁺为0.010mol/L，在UV₂₅₄下监测投加不同浓度的H₂O₂下橙黄II的降解效果。实验数据显示随着H₂O₂的浓度提高，降解效率也不断提升，但降解通过一定的时间后，H₂O₂浓度的继续提高对降解效果提升作用不明显。原因如下：一方面H

₂O₂分别与Fe²⁺和紫外光反应都能各自生成羟自由基，随着H₂O₂浓度的增加，羟自由基的生成量也越来越多；另一方面，H₂O₂投入量过多又会与生成的羟自由基发生如下反应 ·OH +H₂O₂→HO₂· +H₂O （3）

·OH+HO₂·→H₂O+O₂ （4）

因此就会降低羟自由基的生成率，此时过多的H₂O₂就成为羟自由基的清除剂。此外从经济角度出发，H₂O₂不是浓度越高越可取，故本实验采用0.2mol/L为H₂O₂最佳投入量。

3.2.3 Fe²⁺投加量的影响

以20mol/L的橙黄II为研究对象，固定pH为3.0，H₂O₂为0.06mol/L，在UV₂₅₄下监测投加不同浓度的 Fe²⁺下的橙黄II降解效果。实验数据显示随着 Fe²⁺的浓度提高，脱色效率也不断增加。当 Fe²⁺为0.04mol/L、0.05mol/L和0.07mol/L时，相同时间内脱色反应效率相差无几。此外也要考虑到过多的Fe²⁺的增加也会带入铁本身的颜色而影响脱色反应的继续，故从经济角度出发，本实验采用0.04mol/LFe²⁺为最佳反应条件。

3.2.4 光照时间的影响

以5mol/L的橙黄II为研究对象，固定pH为3.0，H₂O₂为0.02mol/L， Fe²⁺为0.010mol/L，在UV₂₅₄下监测不同时间下橙黄II的降解效果。橙黄II的脱色率随着时间的延长而持续增加，并且在投药的瞬间完成大部分脱色反应，随着时间的延长，脱色效果增加幅度不明显，在40min时脱色率可达到99%。故本实验定最佳的反应时间为40min。

3.3 结论总结

紫外光和亚铁离子对过氧化氢分解生成具有强氧化性的羟自由基具有协同作用，极大提高双氧水的利用率。光Fenton协同氧化体系对橙黄II的降解效果明显高于单纯的紫外光和普通Fenton的降解效果简单加和。本文通过自制的实验器材，确定出光Fenton反应的最佳反应条件为：在UV₂₅₄光源下，pH为3.0，H₂O₂投加浓度为0.2mol/L， Fe²⁺投加浓度为0.04mol/L，反应时间为40min。此方法对印染废水脱色效果明显，操作简单且没有二次污染产生，但要在酸性条件以及紫外光的加入，对于污水厂的大规模实际运用中，可能存在运行成本比较高的问题。

参考文献：

【1】李家珍.染料染色工业废水处理【M】.北京：化学工业出版社，1997:181

【2】刘梅红.印染废水处理技术研究进展【J】纺织学报，2007，28（1）：116-119 

【3】吴晓琼.光催化氧化处理印染废水的研究：【硕士学位论文】.南京：南京工业大学，2003

作者简介：赖建军，男，福建福鼎人，本科。中级职称，研究方向：环境监测。