皮革廃水の生化水の深さ処理に関するfenton試薬の研究

Fenton試薬法による皮革廃水のバイオハザード処理に関する研究

王成軍、黄瑞敏、卿海波、高武龍、周媛媛

（華南理工大学環境科学と工程学院、広州510006）

要旨：生牛皮の加工を主とする皮革工場廃水処理ステーションの生化水を研究対象に、Fenton試薬の廃水処理効果と影響要因を検討した。

試験では、このような皮革廃水の生化学排水を分解するための最適条件として、pH値5.0、H 2 O 2投与量600 mg/L、Fe 2＋の投与量500 mg/L、反応時間50 minが定められています。

この条件で、浸水CODの品質濃度は333 mg/Lで、色度が90倍の場合、CODと色度の除去率はそれぞれ73.3%と98%に達し、排水CODの品質濃度は89 mg/Lに下がり、色度は5倍以下になり、皮革排水の一級基準に達する。

キーワード：皮革廃水、深さ処理、Fenton試薬

中図分類番号：X 794.035文献識別コード：A文章番号：！1009-2455（2008）02-0049-03

制革廃水の汚染負荷が高く、廃水成分が複雑で、味の臭い、色度、浮遊物、アンモニア窒素、酸素消費物質の汚染が大きいだけでなく、重金属イオンと硫化物などの有毒物質を含む[1]。

制革廃水処理プロセスは常に先物化後の生化学結合方式を採用しているが、多くの工程実践により、先物化後の生化学結合方式で皮革廃水を処理し、出水の中にはまだ生物分解されていない有機汚染物質が多く、出水ρ（COD）は普通200 mg/L以上で、「汚水総合排出基準」（GB 8978-1996）皮革廃水の二級基準に達することができる。

生皮を主な加工対象とすると、排水の処理が難しくなり、水の水質も悪くなります。

廃水には高い硫化物や塩化物などの毒性物質が含まれているため、嫌気性処理に大きな影響を与えるため、製革廃水は嫌気生化法が少なく、好酸生化法を採用して、長期の好酸素滞留時間をシステムの比較的安定運行と引き換えに、廃水の中の有機物の分解が困難である。

有機物を分解しにくい廃水を含む化学酸化法により、優れた効果が確認されました。

Fenton試薬は一般的な化学酸化剤で、他の化学酸化剤に対して、Fenton法は操作過程が簡単で、反応が迅速で、複雑な設備が必要でなく、引き続き生物化学処理を採用することに対して毒作用がなく、環境にやさしいなどの長所があります。

本研究はFenton試薬酸化法を利用して、ある皮革工場の廃水の生化水を処理して、廃水の中の有機物をさらに分解しにくいようにして、皮革廃水の一級排出基準を達成します。

1材料と方法

1.1廃水水質

試験排水は広東のある皮革工場の廃水処理ステーションの二重沈殿池から排水します。

水は浅褐色で、ρ（COD）は200～400 mg/L、pHは8～9、色度は80～100倍である。

同工場の出水硫化物はすでに基準に達しているため、本試験は再検査されていない。

1.2試験方法

水相100 mLを取って250 mLのコーン瓶に入れ、pHを調節してFeSO 4とH 2 O 2を入れます。

2 minを振って反応を促します。

反応が完了したら、直ちにNaOH溶液でpH値を10に調整して、反応を終了させ、ほとんどのFe 2＋、Fe 3＋を沈殿させて、COD測定を妨害しないようにします。

その後、反応しないH 2 O 2を軽く加熱し、静置冷却した後、清液を取ってCOD値を測定します。

これにより，廃水に対するFenton試薬の酸化劣化効率を計算した。

2結果と議論

2.1直交試験

Fenton試薬の主な影響要因はFe 2＋濃度、H 2 O 2用量、初期pH値、反応時間などである。

本試験は、4つの要素の3つのレベルを決定し、L 9（34）直交表を選択し、直交試験によってより良い動作パラメータを決定し、直交試験は表1を参照してください。

試験用廃水ρ（COD）は333 mg/Lで、90倍の色度です。

直交試験の結果と極差分析から，初期pH値は主な影響要因であり，次にH 2 O 2の添加量であり，反応時間の影響は最小であることがわかった。

これにより決定された予備試験動作条件：

pHの値は3で、H 2 O 2、Fe 2＋投入量はそれぞれ600、400 mg/Lで、反応時間は60 minです。

最適な操作条件をさらに決定するためには、単独の要因試験も行う必要があります。

2.2要因影響試験

2.2.1 pH値の影響

Fe 2＋の存在形態は溶液のpH値によって調製されているので、Fenton試薬は酸性条件下でしか作用できず、中性とアルカリ性環境ではFe 2＋はH 2 O 2を触媒できず、OHを発生する。

反応の最適pH値を決定するために、まずH 2 O 2、Fe 2＋を固定する投入量はそれぞれ600、400 mg/Lで、60 min反応して、排水の異なるpH値がCOD及び色度除去率に及ぼす影響を測定します。

図1から分かるように、pH値が5より大きい場合、CODと色度の除去率はpH値の減少に伴って急速に上昇し、pH値が3～5の場合、CODに対するpH値の除去率は小さく、基本的には70%以上維持されますが、pH値が4の場合、除去率は74.2%と高いですが、pH値が5の時より0.6%高くなり、pH値が3の場合、除去率はやや低下します。

色度はpHが5未満の場合、10倍に減少しました。

薬添加コストを考慮して，本論文では最高反応条件としてpH値を5と決定した。

2.2.2 H 2 O 2量の影響

図2は溶液のpH値が5.0で、Fe 2＋投入量が400 mg/Lで、60 minの反応でH 2 O 2の使用量がCOD及び色度除去率に及ぼす影響を測定しました。

図2からは、H 2 O 2の使用量が600 mg/L以下の場合、H 2 O 2の使用量が増加するにつれて、CODと色度の除去率は共に上昇が速くなり、その後の除去率は緩やかになり、COD除去率は基本的に72%～74%に維持され、色度除去率は95%以上に達した。

これはH 2 O 2の使用量が低い場合、H 2 O 2の使用量が増加するにつれて、発生した・OH量が増加し、有機汚染物質と迅速に結合することができます。H 2 O 2の使用量が高すぎると、発生した・OHも比較的高いですが、ラジカルと廃水中の有機物反応に一定の時間が必要です。

2.2.3 Fe 2+投入量の影響

図3は溶液のpH値が5.0,H 2 O 2の添加量が600 mg/Lで、60 min反応した時にFe 2+の添加量がCOD及び色度除去率に及ぼす影響を測定しました。

Fe 2＋は触媒によるラジカル生成に必要な条件であり、Fe 2＋が存在する条件下でのみH 2 O 2は分解してラジカルを生成することができる。

Fe 2＋の使用量が低い場合、・OHの発生量と発生率は非常に限られており、分解過程は抑制されている。Fe 2＋の使用量が高い場合、H 2 O 2を還元してFe 3＋に酸化し、薬剤を消耗すると同時に、水の色度を増加させ、Fe 2＋の導入により、フィードバックpH値の後の生産泥量を増加させる。

図3から、Fe 2＋投加量が500 mg/L未満の場合、Fe 2＋投加量の増加に伴ってCOD及び色度除去率が増加し、Fe 2＋投加量が500 mg/Lの場合COD除去率が最大となり、その後COD除去率がやや低下しましたが、70%以上安定し、色度の除去率が安定して上昇しています。

2.2.4反応時間の影響図4は反応時間がCOD及び色度除去率に与える影響であり、Fenton試薬法の反応が迅速であり、30 min前ではCOD及び色度除去率が反応時間の増加とともに急速に増加し、その後徐々に増加し、50 min時のCOD及び色度除去率はいずれも安定していることがわかる。

従って最適反応時間は50 minである。

3結論

直交試験によって、Fenton試薬が皮革廃水の二級排水の分解効率に最も影響する要因はpH値であり、その後、順次H 2 O 2用量、Fe 2＋投入量、反応時間を確定した。

また、単一要因試験により最適動作条件を決定しました。pH値は5.0%、H 2 O 2投与量は600 mg/L、Fe 2＋投与量は500 mg/Lとなり、反応時間は50 minとなりました。この条件で、排水COD除去率は73.3%となり、排水ρ（COD）は89 mg/Lとなり、「汚水総合排出基準」（GB 8978-1996）皮革廃水の一級基準に達しました。

処理後の廃水の色度は5倍以下であり、処理効果は非常に顕著であり、Fenton試薬を用いてこの廃水を処理することが非常に効果的であることを証明している。

参考文献:

[1]高忠柏、蘇超英.製革工業廃水処理[M].北京：化学工業出版社、2003.7-14.

[2]雷乐成.水処理高級酸化技術[M].北京：化学工業出版社、2001.19-27.

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[5]李徳、謝其标、陳龍海、等.Fenton試薬法による製紙廃水処理の応用研究[J].阜陽師範学院学報(自然科学版)、2005,22(3)：31-34.

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