万博在线登录注册 印染万博在线登录注册深度處理流化床-Fenton技術

2021-03-05  來自: 万博在线登录注册 瀏覽次數:236

      印染工業是我國經濟發展和民生1發展的重要支柱,隨著人們對紡織品需求量的逐漸增加,印染產業規模不斷擴大,產生的 印染万博在线登录注册 逐漸增多。印染 万博在线登录注册 成分復雜、色度大、生物可降解性差,如果不經過有效處理而直接排放到環境中,將會導致 水體 嚴重污染,影響生態平衡并危害人體健康。近年來,為了進一步提升紡織品的印染效果,在印染過程中加入了多種新型染料和助劑,印染万博在线登录注册中的染料和助劑種類繁多,使其更加難以處理。

      目前,工業化處理印染万博在线登录注册的方法可歸納為物理法、化學法和生物法,但單一方法處理存在降解效率低、能耗較高、 污泥 量大、易造成二次污染等問題。為了解決這些問題,可將多種方法聯合使用,結合多種方法的優勢,達到提高處理效率、降低成本的效果。 Fenton 試劑法是一種常見的*** 氧化 技術,可用于處理多種有毒有害的有機万博在线登录注册,適用于成分復雜、難降解的印染廢 水處理 。Fenton試劑法的主要原理為H2O2與Fe2+反應生成具有***氧化性能的•OH,與常規處理難以降解的有機物發生反應,生成易降解小分子有機物甚至直接降解為H2O和CO2等無機物。Fenton試劑法主要的物質為Fe2+和H2O2,分別起同質催化和氧化作用。Fenton試劑法處理印染万博在线登录注册具有處理效果好、方便快捷的優點,但Fenton試劑法的H2O2利用率低,Fe2+用量需要精1準控制,處理成本高,易造成二次污染。因此,需要將Fenton氧化技術與其他處理方法相結合,包括光催化-Fenton法、電解氧化-Fenton法、超聲Fenton法、流化床-Fenton法等,以流化床-Fenton技術應用為廣泛。流化床技術借助流體使反應器內的固體呈流態化,使万博在线登录注册與催化劑、試劑接觸更加充分,進而增強了傳質效率。流化床-Fenton技術是將流化床技術和Fenton技術進行有機結合,在Fenton反應的基礎上引入外加顆粒,將Fe2+覆蓋在填充料表面,以達到強化Fenton作用的目的。

  目前,流化床-Fenton技術對實際印染万博在线登录注册深度處理方面顯示出巨大潛力,研究各因素對印染万博在线登录注册深度處理效果的影響,以實現流化床-Fenton技術在工業化處理印染万博在线登录注册方面的應用。本實驗利用自主開發的流化床-Fenton裝置對某印染廠二級生化出水進行深度處理,以 COD 去除率為指標,研究石英砂填充率、反應時間、pH、Fe2+濃度和H2O2用量對印染万博在线登录注册處理效果的影響,為實現流化床-Fenton技術的工業化應用提供數據支持。

  1、實驗

  1.1 材料

  印染万博在线登录注册(江蘇省某印染廠 万博在线登录注册 站二級生化出水,pH為6~8,初始COD為240~260mg/L),石英砂[粒徑(0.5±0.1)mm,密度1.8g/cm3],30%H2O2、HCl、H2SO4、NaOH、FeSO4•7H2O、重鉻酸鉀(分析純,國藥集團化學試劑有限公司)。

  1.2 實驗裝置

  實驗裝置如圖1所示,流化床反應器尺寸Φ60mm×700mm,容積2L,用蠕動泵加入Fe2+和H2O2,用循環泵確保反應器內溶液持續循環。

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  1.3 流化床-Fenton技術深度處理印染万博在线登录注册

  首先配制0.1mol/LHCl溶液,將石英砂浸泡在HCl溶液中1天后用去離子水清洗,直到清洗的去離子水為中性,然后在100℃下烘12h備用。將石英砂加入流化床反應器中,再加入H2O2和Fe2+溶液(使溶液循環),利用H2SO4和NaOH溶液調節pH,運行6天后加入印染万博在线登录注册,開啟循環泵,使石英砂呈流化態,再加入一1定量Fe2+和H2O2溶液,利用H2SO4和NaOH溶液調節pH,開始反應,每隔10min取100mL上層溶液,離心后取上清液,測試COD。

  1.4 測試

  利用重鉻酸鉀法測試COD,用下式計算COD去除率:

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  其中,COD0表示印染万博在线登录注册的初始COD,CODt表示t時刻印染万博在线登录注册的COD。

  2、結果與討論

  2.1 石英砂填充率

  由圖2可知,隨著石英砂填充率的增大,COD去除率快速 升高 。這是由于石英砂填充率較低時,反應器內的非均相催化氧化反應不明顯,主要發生Fenton均相催化氧化反應,Fe2+量較少,導致反應產生的•OH較少;當增大石英砂填充率時,Fe2+量增加,反應產生的•OH增多,COD去除率升高。當石英砂填充率超過15%時,繼續增加石英砂填充率,COD去除率不再明顯增大。這是由于此時石英砂的流化態趨于平衡,其表面Fe2O3與H2O2的反應也趨于平衡,繼續增大石英砂填充率對反應速率影響較小。石英砂填充率為15%時,非均相催化氧化反應的效1果好,印染万博在线登录注册的COD去除率***高。

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  2.2 反應時間

  由圖3可看出,隨著反應時間的延長,COD去除率逐漸增大,且在初的60min內COD下降速度快;隨著反應時間的進一步延長,COD去除率升高速率逐漸變小并趨于穩定。這是由于反應初期,流化床-Fenton體系中的H2O2濃度較高,Fenton反應(Fe2++H2O2+H+→Fe3++H2O+•OH)的速率較快, 單位 時間內產生的•OH較多,万博在线登录注册中的有機物礦化速率較快,COD降解速率較快。隨著反應的進行,H2O2濃度降低,Fenton反應速率變慢,•OH生成量減少,COD降解速率減慢;另外,隨著Fenton反應的進行,體系內的Fe3+增加,雖然Fe3+可與H2O2反應生成•OOH和Fe2+,但其催化效果和氧化性較低,也導致COD降解速率減慢。考慮到能耗,優化反應時間為60min。

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  2.3 pH

  由圖4可看出,當pH在4~6時,COD去除率較高且相差不大,均在75%以上,這是由于Fe2+更容易存在于弱酸性環境,并且容易產生活性更高的Fe(OH)+。此外,流化床-Fenton體系中存在副反應Fe3++OH-→Fe(OH)3,該副反應可以降低出水中的Fe3+濃度,減少鐵泥的產生,還能夠起到酸堿緩沖作用,因此在較寬的pH范圍內具有較好的降解效果。當pH小于4時,流化床-Fenton體系對印染万博在线登录注册的COD去除率隨pH降低迅速降低,且pH越低,COD去除效果越差。這是由于pH過低時,體系內的H+濃度很高,由體系產生的•OH與H+反應生成H2O,•OH被迅速消耗導致濃度降低,抑制了印染万博在线登录注册降解中間產物的礦化。當pH大于6時,COD去除率隨pH增大也迅速降低,且pH越高,COD去除效果越差。這是由于pH過高時,H2O2快速分解,抑制了•OH的產生,從而降低了印染万博在线登录注册的降解效率。

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  2.4 Fe2+濃度

  由圖5可看出,當不加入Fe2+或者Fe2+濃度較低時,COD去除率較低;隨著Fe2+濃度的增加,COD去除率逐漸增大。這是由于Fe2+濃度較低時,Fe2+催化H2O2生成的•OH不足,導致印染万博在线登录注册降解較為緩慢,因而COD去除率較低;隨著Fe2+濃度的不斷增加,Fe2+催化H2O2產生的•OH也不斷增加,促進了印染万博在线登录注册的降解,COD去除率逐漸升高。當Fe2+濃度超過0.2mol/L時,進一步增大Fe2+濃度,COD去除率反而降低。這是由于過量的Fe2+一方面催化H2O2產生•OH,另一方面自身和•OH發生副反應(Fe2++•OH→Fe3++OH-),反而導致•OH被消耗,參與降解印染万博在线登录注册的•OH減少,從而使COD去除率降低。

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  2.5 H2O2用量

  由圖6可以看出,H2O2用量較低時,隨著H2O2用量的增加,Fe2+催化H2O2產生的•OH快速增加,COD去除率也隨之增大。當H2O2用量超過0.7mL/L時,由于大部分有機污染物已經被氧化分解,整個體系的反應已經趨于平衡,繼續增加H2O2用量并不能進一步增大•OH濃度,因而COD去除率不再明顯增加,反而增加了印染万博在线登录注册的處理成本。因此H2O2的優化用量為0.7mL/L。

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  3、結論

  流化床-Fenton技術處理實際印染万博在线登录注册的優化反應條件為:石英砂填充率15%、反應時間60min、pH=4、Fe2+濃度0.2mol/L、H2O2用量0.7mL/L,此時對印染万博在线登录注册的COD去除率達到76.5%。


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