论文总字数：17369字

摘 要

本实验研究了用Fenton高级氧化法处理南京某工业园区产生的含盐废水（树脂再生废水）。通过均相与非均相Fenton实验对比，用控制变量法设计四组单因素方案。再通过设计正交实验进行比对。实验结果表明，非均相芬顿实验中当pH=3，Fe-Cu/AC催化剂投加量为0.5g/L，过氧化氢投加量为2ml/L，时间为30min时COD去除率达到76.3%，UV₂₅₄降低了85.8%。而均相芬顿实验中当pH=3，C(Fe² )/C(H₂O₂)=1：3，过氧化氢投加量为2ml/L，时间为30min时COD去除率达到78.7%，UV₂₅₄降低了88.6%。均相芬顿体系对树脂再生废水COD的去除效果要略高于非均相芬顿体系。但由于非均相芬顿体系所使用的催化剂还可以重复投入使用，减少处理成本，避免二次污染。综合实际情况考虑，采用非均相体系更为经济合理。

关键词：树脂再生废水 Fenton试剂 催化氧化 均相芬顿 非均相芬顿

Abstract

The treatment of salinity wastewater (resin regeneration wastewater) produced by an industrial park in Nanjing was studied by Fenton advanced oxidation process in this paper. By comparing the homogeneous phase and heterogeneous phase Fenton experiments, four groups of single factor schemes were designed with the control variates method, and then the orthogonal experiments were designed for comparison. The results showed that when pH=3, Fe-Cu/AC catalyst dosage was 0.5 g/L, hydrogen peroxide dosage was 2 ml/L and time was 30 min in heterogeneous phase Fenton experiment, the removal rates of COD and UV₂₅₄ reached 76.3% and 85.8%, respectively. However, when pH=3, C(Fe² )/C(H₂O₂)=1:3, hydrogen peroxide dosage was 2 ml/L and time was 30 min in homogeneous phase Fenton experiment, the removal rates of COD and UV₂₅₄ reached 78.7% and 88.6%, respectively. The COD removal effect of homogeneous phase Fenton system on resin regeneration wastewater was slightly higher than that of heterogeneous phase Fenton system. The artificial catalyst used in heterogeneous phase Fenton system can be reused, so as to reduce the cost of treatment and avoid secondary pollution. Considering the actual situation, it is more economical and reasonable to adopt heterogeneous phase system.

Key words：resin regeneration wastewater； Fenton reagent； catalytic ；homogeneous phase Fenton； heterogeneous phase Fenton

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题背景 1

1.2树脂再生废水常用的处理方法 1

1.2.1 沉淀法 1

1.2.2 中和法 2

1.2.3 高级氧化法 2

1.3Fenton法的氧化机理及应用进展 4

1.3.1 均相芬顿 5

1.3.2非均相芬顿 6

1.4研究目的及意义 6

第二章 实验材料及方法 7

2.1水样来源 7

2.2实验设备 7

2.2.1实验仪器 7

2.2.2实验试剂 7

2.3实验方法 8

2.3.1均相芬顿法处理树脂再生废水实验 8

2.3.2非均相芬顿法处理树脂再生废水实验 8

2.4分析项目及分析方法 9

第三章 均相芬顿处理树脂再生废水 10

3.1不同反应时间对处理效果的影响 10

3.2不同pH对处理效果的影响 11

3.3过氧化氢投加量对处理效果的影响 12

3.4硫酸亚铁与过氧化氢摩尔比对处理效果的影响 13

3.5正交试验 13

3.6小结 15

第四章 非均相芬顿处理树脂再生废水 16

4.1 催化剂的制备 16

4.2 不同反应时间对处理效果的影响 16

4.3不同pH对处理效果的影响 17

4.4 过氧化氢投加量对处理效果的影响 18

4.5 Fe-Cu/AC投加量对处理效果的影响 19

4.6正交试验 20

4.7 小结 22

第五章 结论 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.1选题背景

在冶金、化工、纺织、食品、医药和科学研究等领域，常采用离子交换法^[1]制备软化水及除盐水，而在此过程中产生的含盐废水^[2]（树脂再生废水）具有很强的污染特性。如果不经处理就排到河流、湖泊或农田中，将会对环境产生极大的负面影响，比如会污染地下水水质，造成农作物减产等。如果人体摄入被污染的地下水更会对健康造成极大的危害^[3]。因此妥善处理树脂再生废水是极具意义的。

树脂再生废水的成分复杂，并且此类废水还具有污染物浓度高、盐分高、可生化性差等特点,用处理一般废水的方法（生化法、絮凝法、常规化学氧化法等）处理树脂再生废水很难达到预期标准，因此如何有效处理此类废水成为了治水难题之一^[4]。强氧化剂对于一些难于生物降解的毒性物质能够有效的氧化和分解，降低其污染。在水处理应用中高级氧化技术已被人们广泛接受，其中又以芬顿法为最（H₂O₂和Fe² ） ,因为Fenton试剂具有较高的去除高浓度废水有机物的功效^[5]。到目前为止，国内外含盐废水（树脂再生废水）的处理方法主要有沉淀法、中和法以及高级氧化法等。

1.2树脂再生废水常用的处理方法

1.2.1 沉淀法

对于树脂再生废水这类高浓度废水，可以采用化学沉淀法进行处理。其原理是将与废水对应的化学物质投入废水，让此物质与废水发生反应从而产生难溶或不溶于水的物质，通过固液分离的方法使污染物去除，从而达到净化效果。Jia Yan等^[6]对化学沉淀法处理燃煤电厂烟气脱硫废水进行实验研究，结果表明化学沉淀法可以去除金属70-100%，难降解有机物85-95%。此外，还实现了氯化物和氟化物的可持续去除（分别约为35%和55%），在综合处理过程中，烟气脱硫废水中25种难降解有机化合物中有14种可以完全去除。马健伟等^[7]研究了常见的能有效处理重金属废水的几种化学沉淀法，归纳出它们操作方便容易施行，成本较低等优点。但由于化学沉淀法需要投加大量化学药品，导致从废水中析出的沉淀物存在化学成分，这些废渣不妥善处理会对环境产生二次污染，如果大量产生废渣，后续的处理处置工作中将存在困难。所以化学沉淀法处理树脂再生废水对其可持续性上存在极大的缺陷。

1.2.2 中和法

其主要是靠酸碱中和生成水和盐类物质，通过此方法消除废水的不利影响。采用中和法处理废水需考虑多种因素，其中就包括废水的性质及浓度情况等；所在地区中和药剂的储存、供给情况；所在城市废水排放管道能容纳废水的条件等。申永林等^[8]通过对石灰石-石灰乳中和法的分析和研究，成功设计出能有效处理矿山酸性废水的方法，使处理后的废水达到了排放标准并且减少了沉淀的产出，降低了生产成本^[9]。

1.2.3 高级氧化法

高级氧化法与一般废水处理法相比，能有效去除废水高浓度污染物^[10]。其原理是利用羟基自由基将难溶有机物裂解成小碎片，再将其氧化成水和二氧化碳。随着不断的探索研究，高级氧化法出现了多种分支技术^[11]。

1.2.3.1 超声氧化技术

超声氧化技术是还处于探索发展阶段，技术还没有完全成熟。就目前阶段的超声氧化技术在处理废水中的难降解有机物时，具有操作便捷，能快速降解有机物，无需担心二次污染等特点。由此可见其发展潜力，当超声氧化技术取得阶段性突破时，将会有广阔的应用前景。经大量研究证明，当超声氧化技术与其他技术相结合时处理废水更具有优势^[12]。Saurabh M等^[13]利用不同配置的超声波（US）反应器结合臭氧，过氧化氢和Fenton的高级氧化工艺，对城市固体废物产生的渗滤液进行了研究。对于单独的超声氧化技术，超声氧化与臭氧氧化技术相结合，超声氧化与过氧化氢氧化技术相结合和超声波反应器与Fenton法相结合四种不同情况，Fe² /H₂O₂摩尔比为1:10的情况下，测得的COD去除率分别为44％，50％，72％和92％。由此可得超声氧化技术与芬顿氧化技术相结合时COD去除率最高，达到92%。Anna Kwarciak-Kozłowska等^[14]对焦化生产废水采用Fenton试剂超声波技术进行高级氧化处理，过氧化氢的量与原废水的化学需氧量成正比，COD/H₂O₂比为1:2.5至1:20，进行藻类生长抑制测试。结果表明，含有较高剂量铁的芬顿试剂对藻类的毒性更大。 能对水中微型藻起到抑制作用，起到净化水质的效果。虽然超声氧化技术处理废水的优势很大，但它的劣势也很明显：采用超声波处理废水成本高，不能处理大量废水，想要将其推广还需要不断的研究改进。

1.2.3.2 臭氧氧化技术

臭氧由于它的强氧化特性常被用于处理废水中的难降解有机污染物。臭氧氧化技术的去除机制有两种，一是臭氧直接氧化:因臭氧的强氧化性，导致含双键的有机污染物被臭氧选择性攻击，直接氧化废水中的有机物。羟基化和亚甲基裂解是臭氧氧化技术主要的净化途径。其中最主要的过程是通过羟基化进行的。二是自由基间接氧化：臭氧具有很强的分解性，其自身会分解产生自由基，具体过程如下

O₃ OH^-→·O₂^- HO₂·

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