UVFe3 H2O2體系降解結(jié)晶紫染料廢水-研究

1、UV/Fe3+/H2O2體系降解結(jié)晶紫染料廢水-研究            論文作者：龍明策 林金清 吳寶林 王雙樹摘要：研究了陽離子染料結(jié)晶紫在UV/Fe3+/H2O2體系下的均相降解，考察了pH值、H2O2和Fe3+用量等條件對脫色率與COD去除率的影響。結(jié)果表明紫外光能大大提高染料的脫色速度和礦化程度，當(dāng)pH=2.70，H2O2=10mM，F(xiàn)e3+=0.5mM時80min脫色率大于99%，COD去除率大于70%，且分次投加H2O2能提高礦化程度。對反應(yīng)20min后水樣的

2、紫外-可見吸收光譜和BOD5/COD值的分析表明水樣可生化性大大提高。 關(guān)鍵詞：Photo-Fenton 過氧化氫 染料廢水 結(jié)晶紫  近年來利用羥基自由基處理難降解有機廢水的高級氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Technologies, AOT)受到普遍關(guān)注1。光Fenton氧化法能有效地產(chǎn)生·OH，而且操作簡單、成本低廉，故研究與應(yīng)用頗多2-3。但該體系中催化分解H2O2需要大量的Fe2+，反應(yīng)后由于升高pH值會產(chǎn)生大量鐵泥沉淀，造成二次污染4，而且局部高濃度的Fe2+消耗H2O2，又會降低有機物的礦化程度5。UV/Fe3+/H2O2構(gòu)成的類Fenton

3、體系，由于可以利用較低濃度的Fe3+催化H2O2分解而更受歡迎4，而且自然環(huán)境中存在Fe3+/H2O2體系，對其研究也具有一定科學(xué)意義6。染料廢水是公認(rèn)的較難處理的工業(yè)廢水之一7。特別是含陽離子型難生化降解的染料廢水，本身對微生物產(chǎn)生毒害作用，而采用混凝處理效果也不理想，故多采用Fenton氧化等高級氧化技術(shù)處理或預(yù)處理。本文研究了含陽離子染料結(jié)晶紫的廢水在UV/Fe3+/H2O2體系下的降解規(guī)律，為實際染料廢水的處理提供依據(jù)。1 實驗部分1.1 主要試劑與儀器硫酸鐵、H2O2(30%)、結(jié)晶紫(CV)等均為AR級；20W紫外燈（上海仁和照明），400W金屬鹵燈（廣東歐陸照明），756P紫外可

4、見分光光度計（上海光譜），COD消解器+DR-890比色計（美國HACH），868型pH計(美國ORION）。1.2 實驗方法將一定體積一定濃度的結(jié)晶紫模擬水樣置于淺池反應(yīng)容器中，加入Fe2(SO4)3，用H2SO4或NaOH調(diào)節(jié)pH值，加入H2O2，迅速混勻，在光源照射或暗處恒溫攪拌反應(yīng)。經(jīng)一定時間取樣，加入中止劑，測定剩余的結(jié)晶紫濃度和COD。1.3 分析方法鐵的測定：鄰二氮菲吸光光度法；H2O2的測定：鈦溶液吸光光度法；結(jié)晶紫：583nm測定吸光度；COD：密封法，按文獻(xiàn)8排除H2O2的干擾。脫色率=(C0-C)/C0；其中C0反應(yīng)前結(jié)晶紫濃度；C反應(yīng)一定時間的結(jié)晶紫濃度。理論H2O2用

5、量的計算方法見文獻(xiàn)3。2 試驗結(jié)果及討論2.1 結(jié)晶紫在不同條件下的降解a：紫外光；b：Fe3+0.5mM, 紫外光；c：H2O2=10mM, 紫外光；d：Fe3+0.5mM, H2O2=10mM, 暗反應(yīng)；e：Fe3+0.5mM, H2O2=10mM, 紫外光；f：Fe3+0.5mM, H2O2=10mM, 模擬可見光； 其它條件：pH=2.72, 初始結(jié)晶紫濃度CV0=105.9mg/L, COD0=158.3mg/L, T=152.2 初始pH值的影響在不同pH值下采用UV/Fe3+/H2O2體系降解結(jié)晶紫，結(jié)果如圖2所示。在pH=2.70時脫色速度最快，這與暗Fenton或光Fento

6、n規(guī)律是一致的，表明該反應(yīng)機理與降解的有機物或光源的種類無關(guān)。Pignatello的研究表明Fe()存在形態(tài)隨pH值變化而不同，而光解效率直接與Fe()的形態(tài)有關(guān)。當(dāng)pH>5時，F(xiàn)e()容易形成Fe(OH)3沉淀；當(dāng)pH值在2.8左右時，F(xiàn)e(OH)2+形態(tài)達(dá)到最值6，占鐵總量的一半左右，而Fe(OH)2+是引發(fā)光Fenton反應(yīng)的關(guān)鍵（反應(yīng)式1），故在此pH值左右Fenton反應(yīng)速度最大。Fe3+=0.5mM,H2O2 H2O2用量(a)2.5mM, (b)5mM, (c)10mM, (d)20mM, (e)10mM分三次投加, 其他條件：Fe3+0.5mM, CV0=104.0mg/

7、L,COD0=153mg/L, pH=2.72,T=15 圖3 H2O2投加量的影響表2 不同H2O2用量下80min的COD去除率H2O2投加量(mM)510201080minCOD去除率(%)2.4 Fe3+投加量的影響圖4是不同鐵離子用量下的脫色規(guī)律。Fe3+用量越多，由于引發(fā)反應(yīng)的速度越快，故脫色速度越快，鐵用量大于0.3mM時80min脫色率均大于98%。從最終礦化程度來看(表3)，0.5mM用量最佳，因為過多的Fe3+生成Fe2+，高濃度的Fe2+存在清除·OH作用(反應(yīng)8)，從而降低了礦化效率。而0.3mM用量時COD去除率也較高，達(dá)到66%，由此可見Fe3+用于Fenton反應(yīng)在較少鐵離子用量的條件下仍有很好的結(jié)果。 圖4 鐵離子投加量的影響表3 不同F(xiàn)e3+用量下80min的COD去除率Fe3+投加量(mM)1280minCOD去除率(%)2.5 結(jié)晶紫廢水氧化前后的特性分析采用紫外-可見吸收光譜分析Fenton氧化前后的分子變化情況，結(jié)果如圖5所示。反應(yīng)20min水樣的吸收光譜表明，563nm的吸收峰消失，而且300 nm以下的吸收峰也消失，說明分子的大共軛體系已被破壞，苯環(huán)結(jié)構(gòu)也被打開，紫外區(qū)有部分吸收，主要來自于小分子的化合物，染料分子尚未完全礦化。比較反應(yīng)前后的可生化性，結(jié)果表明反應(yīng)20 min后水