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芬顿试剂法降解高浓度制药废水

中国污水处理工程网 时间:2009-12-11 10:21:06

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摘要:芬顿试剂具有非常高的氧化能力。本文以某制药厂车间废水为实验用水,调节废水pH值、H2O2(30%)投加量、FeSO4.7H2O投加量和反应时间的不同,分析探讨了降解高浓度制药废水的最佳条件。试验表明,在最佳条件下芬顿试剂对此废水CODcr的处理效率可达到65%。

关键词:制药废水 芬顿试剂 CODcr去除率

某制药厂主要生产降血压药物及制剂,生产废水量约为1000m3/d,水质成分复杂,污染物浓度高,含有大量难降解物质。经分析调查决定对高浓度废水采取预处理措施,本研究采用芬顿试剂法降解该废水取得了较为满意的结果,CODcr的去除率可达65%。

一、实验部分

1、试验仪器和试剂

85-2型恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器有限公司)、PHS-25数显酸度计(中国杭州雷磁分析仪器厂)、30%H2O2(分析纯,莱阳经济技术开发区精细化工厂)、FeSO4.7H2O(上海第二钢铁厂)、固体NaOH(国药集团化学试剂有限公司)、浓H2SO4(分析纯,莱阳双双化工有限公司)。

2、反应机理

Fe2++H2O2→Fe3++.OH+OHˉ (1)
Fe3++H2O2→Fe2++HO2.+H+ (2)
Fe2++.OH →Fe3++OHˉ (3)
Fe3++ HO2 →Fe2+ +O2+H + (4)
.OH+ H2O2→H2O+HO2 . (5)
.OH+ 有机物分子 → 产物 (6)
.OH+.OH→ H2O2 (7)

Fenton试剂是由H2O2和Fe2+组成的混合体系。它通过催化分解H2O2产生.OH氧化有机物分子,特大分子有机物降解为小分子,或矿化为CO2和H2O等无机物。

3、试验方法

(1) 不同pH值影响

温度在10℃的条件下,取200ml水样调至不同的pH值,先后加入0.8gFeSO4.7H2O、8mlH2O2,搅拌反应2小时后,用定性滤纸过滤,分别测定其CODcr值。

(2) H2O2投加量影响

温度在10℃的条件下,取200ml水样调至pH值4,投加等量的FeSO4.7H2O0.8g,H2O2投加量不同, 搅拌反应2小时后,用定性滤纸过滤,分别测定其CODcr值。

(3) FeSO4.7H2O投加量影响

温度在10℃的条件下,取200ml水样调至pH值4,分别投加不等量的FeSO4.7H2O,H2O2投加8ml, 搅拌反应2小时后,用定性滤纸过滤,分别测定其CODcr值。

(4) 反应时间影响

温度在10℃的条件下,取200ml水样调至pH值4,分别投加等量的FeSO4.7H2O 0.8g,H2O2投加8ml, 搅拌,反应不同的时间后,用定性滤纸过滤,分别测定其CODcr值。

二、结果与讨论

1、pH值不同对CODcr去除率的影响

10℃的条件下,FeSO4.7H2O投加0.8g,H2O2投加8ml/L,反应时间2小时见表2。不同pH值对CODcr去除率的影响。

由图1可以看出,原水(pH=1.5)处理效果很差,随着pH值的升高,去除率也在不断上升。这是因为pH值过低反应Fe3++H2O2→Fe2++HO2.+H+(2)、Fe3++HO2→Fe2+ +O2+H+(4)受到抑制,Fe3+不能顺利地被还原为Fe2+,造成反应Fe2++H2O2 →Fe3+ +.OH+OHˉ(1)受到抑制,.OH很难生成。当废水pH值为4时,对CODcr去除率达到最高值,继续提高废水的pH值,CODcr去除率反而下降,这是因为pH值过高,Fe2+形成了氢氧化物沉淀,也不利于Fe2++H2O2 →Fe3+ +.OH+OHˉ(1)的进行,另一方面,过高的OHˉ也不利于Fe2++H2O2 →Fe3+ +.OH+OHˉ(1)的进行。根据实验结果得知,芬顿试剂在处理该废水的最佳pH值为4.0。

2 、H2O2投加量不同对COD去除率的影响

10℃的条件下,pH值取4,FeSO4.7H2O投加量为0.8g,反应2小时的条件下,见表3。投加不同量的H2O2 对CODcr去除率的影响

从图2中可以看出,反应开始CODcr的去除效率是随着H2O2投加量增加而增加的。在投加量小于10ml/L时,其递增幅度较大,这是因为随着H2O2投加量增加,有利于反应Fe2++H2O2 →Fe3+ +.OH+OHˉ(1)的进行,.OH的浓度也随之相应提高,去除率也就大大增加。当继续增大H2O2投加量时,过量的H2O2会与.OH发生反应.OH+ H2O2→H2 O+HO2 .(5)。造成.OH的含量逐渐减少,另外,在酸性溶液中,K2Cr2O4的氧化能力要高于H2O2,这会使一部分H2O2被氧化,测定出的COD浓度也就相应偏高。从经济和去除效率的角度来看,H2O2投加量宜选择10ml/L。

3、FeSO4.7H2O投加量不同对COD去除率的影响

10℃的条件下,pH值4,H2O2投加2ml,反应2小时的条件下,见表4。投加不同量的FeSO4.7H2O对CODcr去除率的影响

从图3中可以看出,FeSO4.7H2O投加量由1g/L升至3g/L时,CODcr的去除率逐步提高,最高达到65%。继续增加投加量,去除率有小幅降低,分析其原因是因为起初.OH的含量会随着Fe2+浓度的增加而增加,有利于CODcr的降低,但是当Fe2+浓度过高时Fe2+将会与生成的.OH发生反应,此时.OH的浓度随着Fe2+浓度的增加而减小,所以去除率有所降低,因此我们采用的FeSO4.7H2O投加量为3g/L。

4、反应时间对对COD去除率的影响

10℃的条件下,pH值4,FeSO4.7H2O投加量为0.6g,H2O2的投加量为2ml的条件下,见表5。不同反应时间对COD去除率的影响

从图4中可以看出,随反应时间的增加去除率也在较小幅度的升高,但1小时后升幅明显减慢,最终趋于稳定。故我们采用的反应时间为1小时。

三、结论

1)在pH值为4,FeSO4投加量为3g/L,H2O2的投加量为10ml/L,反应时间为1小时的条件下,芬顿试剂该厂高浓度制药废水的处理效率可以达到65%。

2)本研究所有试验均在10℃左右进行,低于 Fenton试剂反应的最加温度为 25℃~40℃,但处理效果较好,适用于温度低于最佳温度的废水处理。

3)试验中加入H2O2后产生较多量沉淀,在实际应用中应考虑沉淀的去除。来源:水工业市场杂志