Fenton法处理染料废水优化与机制研究

摘要

本研究课题受中央高校基本科研业务费科研专项自然科学类项目（CDJZR10210005）和重庆大学高层次人才科研启动基金项目（CDJRC10210002）资助。
　　Fenton法处理染料废水效果受众多因素影响，包括反应初始pH值、Fe2+投加量、H2O2投加量、反应温度等，不同反应条件对处理废水COD去除率、二次污染的铁盐残余，以及处理成本，均会带来显著差异。因而，探索Fenton法处理废水降解机制，以及在技术经济与环境综合效益方面的最优，对于该技术的发展与应用推广显得非常重要与必要。
　　论文以多环芳烃类染料废水为处理目标，以活性艳橙KGN染料为模拟研究对象，采用Fenton反应，对模拟活性艳橙KGN染料废水进行了实验研究。探索性地开展了以下三个方面的研究工作：（1）通过单因素实验，开展Fenton法处理活性艳橙KGN染料废水COD与色度去除，以及铁盐残余特性的研究。（2）基于COD去除率最高、铁盐残余最低、处理成本最低等三个响应目标，应用响应曲面法（RSM）法实施对Fenton法处理活性艳橙KGN染料废水处理工艺优化研究。（3）通过Fenton法处理活性艳橙KGN染料废水氧化降解过程中氧化作用与混凝作用的影响特性研究，探索Fenton法处理活性艳橙染料废水的降解机制。
　　通过上述实验研究与理论分析，论文获得了如下主要研究成果：
　　①Fenton法处理活性艳橙染料废水COD去除率影响显著的大小为：H2O2投加量、Fe2+投加量、初始pH，H2O2投加量和Fe2+投加量在较低水平、初始pH在中等水平变化时，对COD去除率影响相对更为显著；对铁盐残余影响显著的大小为：Fe2+投加量、初始pH、反应温度，Fe2+投加量在较低水平、初始pH在中等水平变化时，对铁盐残余量影响相对更为显著。
　　②针对浓度为1000mg·L-1的活性艳橙染料废水，Fenton法处理最优条件为：pH4.00，双氧水投加量0.052mol·L-1，铁盐投加量101.9mg·L-1，温度30.0℃，此时的COD去除率、铁盐残余量、吨处理成本分别为：60.36％、66.94mg·L-1、6.89元，复合合意性达92.0%。
　　③Fenton反应作用机制中，氧化作用的效能与效率实质受?OH自由基的产率和利用率的影响；铁盐水解形成的羟基离子的规模、形态与絮凝条件直接决定Fenton混凝作用效能；反应机制中混凝作用越强，上清液铁盐残余会因此越低。
　　论文的创新与学术价值在于：
　　①突破传统以COD（或色度）去除率最高作为反应优化的单一考核目标，创新性提出以COD去除率最高、铁盐残余最低、处理成本最低等多个考核目标，实施对Fenton法处理活性艳橙KGN染料废水反应条件优化的研究。确立基于技术经济与环境效益最优的Fenton法处理活性艳橙KGN染料废水优化反应条件。这为进一步提高Fenton高级氧化技术处理染料废水的综合环境效益提供新的研究思路与技术路线。
　　②在研究Fenton法处理染料废水降解过程中氧化作用与混凝作用的影响特性基础上，揭示Fenton法处理染料废水降解过程中氧化作用、混凝作用与铁盐残余变化规律，获得Fenton法处理活性艳橙染料废水降解机制。这为进一步发展和应用Fenton法，提高Fenton高级氧化技术处理染料废水的效率与效能，降低残余铁盐二次污染提供了新的研究途径与理论基础。

目录

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1 绪 论

1.1 印染行业的发展和印染废水排放现状

1.2 染料废水的特点

1.3 染料废水的处理现状

1.4 高级氧化技术在印染废水处理中的应用

1.5 Fenton高级氧化技术应用与发展

1.6 论文研究的主要内容、目的与意义

2 实验与分析方法

2.1 主要仪器和试剂

2.2 实验原理与方法

2.3 分析测试方法

3 Fenton法处理活性艳橙KGN废水与残余铁盐的研究

3.1 实验安排

3.2 Fenton反应去除活性艳橙KGN废水COD单因素影响研究

3.3 Fenton反应去除活性艳橙KGN废水色度单因素影响研究

3.4 Fenton反应处理活性艳橙KGN废水残余铁盐单因素影响研究

3.5 本章小结

4 Fenton法处理活性艳橙KGN废水优化实验研究

4.1 响应曲面法实验设计与实验结果

4.2 COD去除率模型建立与响应曲面分析

4.3 铁盐残留模型建立与响应曲面分析

4.4 处理成本分析

4.5 染料废水处理优化

4.6 本章小结

5 Fenton法处理活性艳橙KGN废水降解机制研究

5.1 降解机制实验方案与分析方法

5.2 Fenton氧化/混凝作用与铁盐残余的单因素影响实验研究

5.3 Fenton体系COD降解与铁盐残余机制探讨

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录