Fenton 氧化法深度處理丙烯腈廢水的研究

摘　要:以丙烯腈(AN) 廢水為研究對象,在正交實驗基礎上深入研究了Fenton 反應體系中pH 值、Fe2 + 濃度、H2O2 濃度、溫度、UV 和C2O2 - 4 對降解效果的影響,分析了不同因素作用機理,確定了最佳操作條件:pH = 3、[ Fe2 + ] = 400 mg/ L、 [H2O2 ] = 400 mg/ L、反應溫度40 ℃,在此條件下丙烯腈降解率達80 %以上。同時發現在紫外光、C2O2 - 4 對Fenton 試劑的協同作用下,降解率可提高10 %左右。

關鍵詞:Fenton 試劑　丙烯腈　紫外光　草酸鐵　

丙烯腈作為一種重要的化工原料,廣泛應用于制造腈綸纖維、丁腈橡膠、ABS 工業塑料和合成樹脂等領域。但是其在生產和使用過程中有大量廢水排放,其中丙烯腈濃度達102～104 mg/ L[1 ] ,是環境中重要的有害污染物之一,不僅破壞水體生態系統,還危害人類的健康。

目前,處理高濃度丙烯腈廢水最常用的方法有 3 種: (1) 焚燒法, 其缺點是處理成本高且浪費資源[2 ,3 ] ; (2) 濕式氧化法,缺點是設備投資大,反應溫度和壓力高[3 ] ; (3) 生物法,缺點是處理速度較慢,需要較大處理空間,并且只能應用于較低濃度( < 200 mg/L) 含腈廢水的處理[4 ] 。針對上述幾種方法存在的問題,高級氧化法(AOP) 應用于丙烯腈廢水的研究日益受到重視。

高級氧化法是一種以產生·OH 為主體進行水處理過程的強化化學氧化新技術,主要包括O3/ UV、 O3/ H2O2 、UV/ H2O2 、H2O2/ Fe2 + ( Fenton 試劑) 等。 Fenton 氧化法作為其中的一種,由于費用低廉、操作簡便而受到人們的重視。本文作者在實驗室條件下,采用Fenton 試劑對丙烯腈廢水進行預處理,重點研究了體系pH 值、Fe2 + 濃度、H2O2 濃度、溫度、紫外光和C2O2 - 4 對氧化降解效果的影響,探索了反應的最佳條件。

1 　實驗部分

1. 1 　儀器和試劑

氣相色譜儀(Varian3400) ; PHS229A 型酸度計; YXS 型數顯恒溫水浴鍋;紫外燈(20 W) 。

丙烯腈(一級,北京化工廠) ;過氧化氫(分析純, 上海桃浦化工廠) ;硫酸亞鐵(分析純,沈陽試劑一廠) ;草酸鉀(分析純,沈陽試劑五廠) 。

1. 2 　實驗方法

取丙烯腈配制成濃度為300 mg/ L 的模擬廢水, 用硫酸或氫氧化鈉調節pH 值,加入一定量Fe2 + 和 H2O2 ,置于恒溫水浴鍋中反應一定時間,采用氣相色譜法測定廢水中丙烯腈濃度[5 ] 。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。

2 　結果與討論

2. 1 　反應條件的正交實驗

采用正交實驗法來選擇最佳工藝條件。綜合考慮Fenton 反應中各影響因素, 按正交實驗設計 L9 (34)表[6 ] ,以Fe2 + 濃度、H2O2 濃度、溶液初始pH 值為變量的正交實驗,考察Fenton 試劑對丙烯腈的降解效果,結果列于表1。

表1 　實驗結果

由表1 可見,正交實驗的平均極差順序R3 > R1 > R2 ,表明所選定的影響因素中pH 值是主要控制因素,其次是Fe2 + 濃度,最后是H2O2 濃度。由此確定初步實驗操作條件中:溶液初始pH = 3 , [ Fe2 + ] = 300 mg/ L ,[ H2O2 ] = 400 mg/ L 。

2. 2 　pH值對反應的影響