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(shí)驗基礎(chǔ)上深入研究了Fenton 反應(yīng)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(jī)理,確定了最佳操作條件:pH = 3、[ Fe2 + ] = 400 mg/ L、 [H2O2 ] = 400 mg/ L、反應(yīng)溫度40 ℃,在此條件下丙烯腈降解率達(dá)80 %以上。同時發(fā)現(xiàn)在紫外光、C2O2 - 4 對Fenton 試劑的協(xié)同作用下,降解率可提高10 %左右。

關(guān)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(yīng)用于制造腈綸纖維、丁腈橡膠、ABS 工業(yè)塑料和合成樹脂等領(lǐng)域。但是其在生產(chǎn)和使用過程中有大量廢水排放,其中丙烯腈濃度達(dá)102～104 mg/ L[1 ] ,是環(huán)境中重要的有害污染物之一,不僅破壞水體生態(tài)系統(tǒng),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(diǎn)是處理成本高且浪費(fèi)資源[2 ,3 ] ; (2) 濕式氧化法,缺點(diǎn)是設(shè)備投資大,反應(yīng)溫度和壓力高[3 ] ; (3) 生物法,缺點(diǎn)是處理速度較慢,需要較大處理空間,并且只能應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生·OH 為主體進(jìn)行水處理過程的強(qiáng)化化學(xué)氧化新技術(shù),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(fèi)用低廉、操作簡便而受到人們的重視。本文作者在實(shí)驗室條件下,采用Fenton 試劑對丙烯腈廢水進(jìn)行預(yù)處理,重點(diǎn)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(yīng)的最佳條件。

1 　實(shí)驗部分

1. 1 　儀器和試劑

氣相色譜儀(Varian3400) ; PHS229A 型酸度計; YXS 型數(shù)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(shí)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(diào)節(jié)pH 值,加入一定量Fe2 + 和 H2O2 ,置于恒溫水浴鍋中反應(yīng)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(wǎng)更多技術(shù)文檔。

2 　結(jié)果與討論

2. 1 　反應(yīng)條件的正交實(shí)驗

采用正交實(shí)驗法來選擇最佳工藝條件。綜合考慮Fenton 反應(yīng)中各影響因素, 按正交實(shí)驗設(shè)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(shí)驗,考察Fenton 試劑對丙烯腈的降解效果,結(jié)果列于表1。

表1 　實(shí)驗結(jié)果

由表1 可見,正交實(shí)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(shí)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(yīng)的影響