e6水和亚铁离子体系处理含酚废水研究

四川环境!""*年第!#卷第%期

—%%—

・试验研究・

超声—双氧水和亚铁离子体系处理含酚废水研究

赵朝成%，陆晓华%，张

（%)华中科技大学环境科学与工程系，湖北

武汉

英!，赵东风!

东营

!,+"’%）

*#""+*；!)石油大学化学化工学院环境科学与工程系，山东

摘要：在实验装置上对超声(双氧水和亚铁离子体系联合处理含酚废水进行了实验研究。主要考察了废水初始-.值、初始双氧水浓度、超声功率、反应时间等因素对酚去除率的影响。实验结果表明：超声辐射可以在双氧水和亚铁离子体系氧化过程中起加速反应的作用，而且随着超声功率的增大，加速反应的能力增强；实验条件下废水初始-.值为*/’)0，初始双氧水浓度为%*"1234时酚去除效果最佳；超声(双氧水和亚铁离子体系处理含酚废水过程中苯酚的降解规律符合表观一级反应。关

键

词：超声；双氧水；亚铁离子；氧化；含酚废水

文献标识码：6

文章编号：（!""*）%""%$#’**"%$""%%$"*

中图分类号：5+"#

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%前言

离子体系，使其氧化性得到进一步加强，研究了其降解苯酚的性能，并考察了超声功率、双氧水浓度、-.值、反应时间等因素对苯酚降解的影响。

近年来，超声降解水体中有机污染物技术，是一

［%/’］

个新兴的研究领域。该技术集高级氧化、焚烧、［#，+/%"］超临界氧化等多种水处理技术的特点于一体，［%%/%,］可单独或与其它技术联合使用，是一种极具发

!实验装置及方法

实验装置如图%所示。

实验装置主要由微量计量泵（YE("#6双柱塞微

展潜力的水处理技术，具有良好的应用前景，目前尚处于探索阶段。

双氧水与亚铁离子的复合是一种氧化性很强的氧化剂，可以使许多难氧化的有机污染物降解而被除

［%’］去。IAN>?:;B>K首次使用它研究处理苯酚废水和烷［%+/%0］基苯废水之后，其在工业废水处理中的应用研

量泵，北京东方科学仪器厂）、反应器（自制）、超声波发生器（Z9Y(!"#型，济宁超声电子仪器厂）、-.计、温度计、冷却水夹套等组成。

实验过程中所用含酚废水参照现场含酚废水的实际情况由苯酚（分析纯）和去离子水配制而成。实验过程中，含酚废水首先通过微量泵计量后，从反应器上方加入反应器内，然后加入一定量的双氧水（纯度，在超声作用下（超声频#"[）和硫酸亚铁（分析纯）

究越来越受到重视。本文将超声波引入双氧水和亚铁

收稿日期：!""#$"!$!#作者简介：赵朝成（%&’#(），男，山东菏泽人，现为华中科技大学环境工

程专业教授。!""%级在职博士研究生，万　方数据

—(!—

率!"#$%）发生氧化反应，反应过程中利用循环水来维持反应器的温度在!&’

。

四川环境!33"年第!*卷第(期

废水初始,$值大于+)+后苯酚去除率随着废水初始,$值的增大而迅速下降。上述现象可以从两方面来加以解释：

*)()(废水初始,$值对苯酚存在形态的影响

在酸性条件下，苯酚在废水中以分子形式存在；()废水罐；!)微量计量泵；*)超声发生器；")温度计；&)超声探头；+),$计；-)反应器；.)冷却水夹套

图(实验装置示意图

反应前后废水中酚浓度采用"/氨基安替比林分

光光度法测量（所用仪器为01/(23(型双光束紫外可见光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司），,$值采用酸度计测量。

*

实验结果与讨论

*)(

废水初始,$值对苯酚去除率的影响

本实验在超声声能密度（单位体积废水所接受的

声功率）3)!!&4567，废水中苯酚初始浓度为!3)336859，双氧水浓度为&36859，:;!?、*6>?、&6>?时废水中苯酚的浓度，实验结果见图!

。

图!

废水初始,$值对苯酚去除率的影响

由图!可知：废水初始,$值较小时，苯酚去除率随着废水初始,$值增大而不断提高；当废水初始,$值增大到"左右后，&分钟内苯酚去除率达2&@；废水初始,$值在"A+)+范围内，苯酚去除率出现一

个高值区，在这一区域，随废水初始万　方数据,$值变化较小；

随着废水,$值提高，废水中B$/越来越多，弱酸性的苯酚将与B$/反应，以离子状态存在于废水中。离子态的苯酚不能挥发进入空化气泡内，只能在空化气泡表面层与・B$进行反应；而分子态的苯酚则可以同时在空化气泡和空化气泡表面层与・B$发生氧化反

应。因而，当废水,$值大到一定程度后，因苯酚存在状态的改变，影响了反应途径，进而影响了反应速度，造成了苯酚去除率的迅速下降。

*)()!废水初始,$值对:;!

在反应过程中，废水,$值除影响到苯酚存在状态外，还影响到亚铁离子的存在状态。亚铁离子随废水,$值的升高，存在形式发生了如下变化：

:;!

!:;（B$）!

（(）:;!

（!）:;（B$）!

B$

:;（B$）

!&’时，以上（!）

、（*）、（"）三个反应的反应速率常数C(、C!、C*值依次为"2)&，-")"，（()2D3)(）E(3+［(2A!(］

，即C*"C!FC(。因此，:;!

在酸性较强的废水中，:;!

:;

（B$）

要快，此时起催化作用的主要是:;!

的形成速度比:;（B$）!要快，此时起催化作用的主要是:;

（B$）

反应速度很快，因而，当废水,$值增大到"左右后，&分钟内苯酚去除率已

达2&@，苯酚去除率迅速升至很高。随废水,$值的升高，:;!

*)!初始双氧水浓度对苯酚去除率的影响

本实验在超声声能密度为3)!!&4567，废水中苯

酚初始浓度为!3)336859，:;!?、*6>?、&6>?后废水中苯酚的浓度。实验结果见图*。

四川环境)$$#年第)!卷第"期

图!双氧水浓度对苯酚去除率的影响

由图!可知，当废水中双氧水的浓度较小时，随着加入双氧水的浓度不断增大，苯酚的去除率随之不断提高，当废水中双氧水的浓度增大到一定值时（约"#$%&’(）

，苯酚的去除率达到最大值；当废水中双氧水的浓度继续增加，苯酚的去除率不升反降。这主要是因为，当废水中双氧水的浓度较小时，根据双氧水分解的机理可知，随着加入废水中双氧水量的增大，双氧水分解的绝对量越来越大，即废水中形成的羟基自由基越来越多，而羟基自由基可以引发苯酚分解的链反应，从而促进了苯酚分解率的不断提高。当废水中双氧水的浓度大到一定值后，再提高废水中双氧水的浓度，双氧水作为一种羟基自由基清除剂，将与羟

基自由基发生副反应，反应方程式加下［))］

：

・*+,+)*)!+)*,+*)

・（-）

当废水中双氧水的浓度较稀时，上述副反应并不重要；但当废水中双氧水的浓度较高时，此反应就不能忽略了，生成的+*)・容易进一步发生反应：

+*)

・,・*+!+)*,*)（.）

此副反应不仅消耗了羟基自由基，而且造成了双氧水的无效分解，降低了双氧水的实际利用率，从而造成废水中双氧水的浓度不断增加，苯酚的去除率不升反降的现象。!/!

声能密度对苯酚去除率的影响

本实验在废水中苯酚初始浓度为)$/$$%&’(，初

始双氧水浓度为-$%&’(，初始01),浓度为$/$-%%23’(，废水初始4+值为-/$的条件下通过改变声能密度，测定反应时间在"%56、!%56、-%56时废水中的苯酚浓度。实验结果图#

。

万　

方数据—"!—

图#

声能密度对苯酚去除率的影响

由图#可知，超声可以提高反应速度，随着声能密度增大，苯酚的去除率提高，但声能密度大到一定程度时，苯酚的去除率随声能密度增大的趋势减弱。这表明提高输入废水中的声能密度将有助于有机物的分解。这主要因为，随着输入废水中的声能密度的增大，使得超声空化效应加强，一是使得空化气泡和整个系统的温度都相对提高，不仅相应增加了苯酚、双氧水进入空化气泡中的量，而且提高了反应速率常数，促进了反应的快速进行；二是促使更多的双氧水发生分解，产生引发链反应的羟基自由基，所以苯酚的去除效果随声能密度的增大而不断提高。

!/#超声—双氧水和亚铁离子体系氧化苯酚反应的宏

观动力学初步探讨

当超声辐射于水体时，将会促使双氧水分解为羟基自由基，而这种高活性的自由基会和水中其它的分子或自由基相互反应，引发出一系列链反应。超声辐射的影响包括空化气泡内的热裂解作用、羟基自由基的链反应等，其反应机理相当复杂；对于整个反应，可用式（7）表示：

・*+,8.+-*+!9:（7）

式中：9:—反应产物。

设整个反应中苯酚降解的速率方程为：

;

>?@8（A）

式中：?@—表观速率常数，在本实验中主要受废水中双氧水浓度、废水4+值、超声声能密度、废水

中苯酚初始浓度等因素的影响；

8—废水中苯酚的浓度。

对（A）式在=>$至=之间积分得

368$

8

>!"#（B）

8$—废水中苯酚的初始浓度。

—97—

由方程（!）可知，若苯酚的超声—双氧水和亚铁离子氧化反应的速率方程符合假设的方程（"），则#$（%&’%）与反应时间(应当为线性对应关系。

为得到#$（%&’%）与反应时间(的关系，在超声声能密度为&)**+,’-#，废水中苯酚初始浓度为*&)&&-.’/，01*2浓度为&)&+--3#’/，废水初始45值为+)&，初始双氧水的浓度为+&-.’/的条件下改变反应时间进行了一系列试验。将得到的反应时间与苯酚去除率的关系数据进行处理得到#$（%&’%）与反四川环境*&&7年第*;卷第9期

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［=］J1.HAJA(E3$3@FK1-EFA#F3$(A-E$A$(IE$,A(1H应时间(的关系数据，如图6

所示。

图+

反应时间与#$（%&’%）的关系

由图+看出，#$（%&’%）与反应时间的关系近似为直线，这说明苯酚的超声—双氧水和亚铁离子氧化反应的速率方程符方程（"），即可用表观一级反应描述。

7结论

超声8双氧水和亚铁离子体系对于有机物的处理具有很好的结果，根据本实验研究结果，可获得以下结论：

7)9超声辐射可以在双氧水和亚铁离子体系氧化的进

程中起促进作用，而且随着超声输入功率的增大，催化能力不断增强，有助于酚去除率的提高。

7)*废水初始45值、双氧水始出浓度对反应体系影响很大，超声8双氧水和亚铁离子体系废水初始45值在7:6)6范围内苯酚去除效果最佳，初始双氧水浓度对苯酚去除率有一最佳值，本实验条件下最佳初始双氧水浓度为97&-.’/。

7);超声8双氧水和亚铁离子体系氧化苯酚反应动力学符合宏观一级反应。

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方数据FK1-EI(HN，9!!6，;：I96;>I96"

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超声-双氧水和亚铁离子体系处理含酚废水研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

赵朝成， 陆晓华， 张英， 赵东风

赵朝成,陆晓华(华中科技大学环境科学与工程系,湖北,武汉,430074)， 张英,赵东风(石油大学化学化工学院环境科学与工程系,山东,东营,257061)四川环境

SICHUAN ENVIRONMENT2004,23(1)8次

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