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Fenton氧化再生活性炭降低COD

发布时间:2018-5-10 17:41:32  中国污水处理工程网

  1实验部分

  1.1试剂与仪器

  试剂:硫酸、硫酸银、重铬酸钾、硫酸亚铁铵、30%双氧水、七水合硫酸亚铁:分析纯。仪器:PHS-3C型(雷磁)pH计、T6新世纪紫外可见光光度计、FA2004B型分析天平、MM823EA6-PS型微波炉、HY-4调速多用振荡器、Titrette数字瓶口滴定器。

  1.2活性炭

  本实验所用活性炭为椰壳颗粒活性炭,粒径为-20目。浙江某大型染料厂采用该活性炭对分散染料生产排放的废水进行吸附脱色处理,饱和活性炭和新活性炭均取自现场。

  1.3水样

  实验所用废水来源于浙江某染料公司的生产废水及其自有污水处理设施的出水。该公司主要生产分散橙288#、分散紫93#、分散蓝291:1三种分散型染料,废水的水质指标见表1。

 

  1.4实验及分析方法取2g饱和活性炭和100mL蒸馏水于锥形瓶中,用硫酸调节pH,按一定比例加入H2O2和FeSO4•7H2O,在水平振荡器上振荡反应一段时间后,用450nm的膜过滤,并用清水冲洗得到再生的活性炭,并用其吸附处理30mL的废水,测吸附后废水的COD及色度。

  2结果与讨论

  2.1新活性炭吸附处理效果量取2g新鲜活性炭和30mL的 废水混合,采用静态吸附的方法进行数组吸附试验,考察时间对吸附效果的影响。在不同时间取下相应样品,过滤后测定废水的各项指标,并绘制废水COD和色度去除率随时间的变化曲线,如图1所示。由图1可以看出,这种活性炭对该染料废水有很好的吸附效果,能够很好地去除废水COD和颜色。随着时间的延长,废水的COD去除率大幅度的升高,而色度去除率更是在0.5h时就达到99.07%,基本已经脱除了废水的颜色。当反应时间达到2h后,废水的COD趋于稳定,说明此时已经达到了吸附平衡。此时废水的COD值为6654.3mg/L,COD去除率为44.54%。

 

  2.2H2O2投加量对再生率的影响大量研究表明,Fenton试剂在pH为3~5时的氧化效能最佳,用硫酸调节100mL蒸馏水的pH至3.0,加入2g饱和活性炭混合,按n(H2O2)n(Fe2+)为101加入一定质量的硫酸亚铁粉末,改变H2O2的投加量,振荡反应1h后得到再生炭,并进行再吸附试验,结果见图2。结果表明,H2O2的浓度为4.8mmol/g时,COD和色度去除率达到最高,分别为34%和80%。原因是当H2O2浓度较低时,随着浓度增加,产生•OH的量也不断增加,有机物有较多的机会接触•OH,并被氧化。当H2O2浓度过高时,产生的•OH接近饱和,继续增大H2O2的浓度,反而会发生副反应•OH+H2O2→H2O+HO2•,不仅消耗•OH,还使H2O2无效分解,降低处理效果。因此,最佳H2O2投加量为4.8mmol/g。

 

  2.3再生pH对再生率的影响调节水的pH值,加入4.8mmol/g的H2O2,按n(H2O2)n(Fe2+)为101,再生1h并进行再吸附试验,根据水样的COD及色度去除率确定最适pH,结果见图3。由图3可知,当pH为3.0时,COD去除率最高,此时活性炭再生率也最高。当pH值较低和较高时,COD去除率均较pH=3.0时有明显下降,这是因为:当pH值较低时,H+浓度较高,过量的H+捕捉·OH,使·OH无效消耗。并且还会导致Fe3+很难被还原为Fe2+,使Fe2+的供给不足,催化反应受阻,不利于·OH的产生。而当pH值较高时,·OH的产生受抑制,而且Fe2+和Fe3+会以氢氧化物或铁的复杂络合物沉淀下来,使其催化性能降低;同时,较高pH值也会使H2O2无效分解,使得饱和炭的再生率降低。综上所述,最佳再生pH为3.0。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

 

  2.4H2O2与Fe2+的摩尔比对再生率的影响将蒸馏水pH调节至3.0,加入2g活性炭,改变n(H2O2)n(Fe2+),依次改变硫酸亚铁的投加量,反应1h后,进行再吸附实验,结果见图4。由图4可见:随n(H2O2)n(Fe2+)的增加,COD去除率和色度去除率均先增大;当n(H2O2)n(Fe2+)为101时,经再生炭处理的废水的COD去除率和色度去除率最高,再生效果最好,再生率为78%。继续增大n(H2O2)n(Fe2+),再生炭的吸附效果变差。这是因为:当Fe2+浓度过低时,催化反应极慢,生成的·OH较少,导致有机物的去除率较低,随着Fe2+浓度的升高,·OH的产生量增多,有机物的去除率上升;但当Fe2+的浓度过高时,有机物的去除率有所下降,一方面是因为过多的Fe2+导致羟基自由基的产生过快,来不及与有机物发生反应就已经湮灭;另外,由于Fe2+的浓度升高,过多Fe2+的被H2O2氧化为Fe3+,使氧化剂发生损耗,降低活性炭的再生效果。综上所述,最佳n(H2O2)n(Fe2+)为101。

 
2.5时间对再生率的影响在其它条件不变的情况下,改变反应时间,考察时间对活性炭再生效果的影响,得到再生炭后,进行再吸附试验,结果见图5。从图5中可以看出,随再生时间的增加,经再生炭处理过的废水的COD急速下降,并在反应时间为1h时,达到最低点,活性炭再生结束。
 

  3结论(1)活性炭对实验所用染料废水处理效果较好。在经过2h的吸附处理后,废水的COD值趋于稳定,吸附达到平衡,此时COD去除率达44.86%;在吸附过程进行0.5h时,色度去除率就达到97%,基本脱除了染料废水的颜色。(2)采用Fenton氧化法对吸附处理染料废水后的饱和活性炭进行再生,活性炭再生的最佳条件为:4.8mmol/g的H2O2,pH为3.0,n(H2O2)n(Fe2+)为101,再生时间为1h。此时活性炭的再生率可达到78%。(3)使用最佳条件下得到的再生炭对废水进行吸附处理,废水的COD去除率和色度去除率分别约为34%和80%。

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