摘 要
印染废水因其高色度、难降解有机物含量高以及成分复杂等特点，已成为水污染治理领域的重大挑战。传统处理方法难以有效去除其中的顽固污染物，而芬顿氧化法作为一种高级氧化技术，凭借其强氧化能力和高效性，在印染废水处理中展现出巨大潜力。本研究以优化芬顿氧化法处理印染废水的关键参数及揭示其降解机理为核心目标，通过实验室规模的批次实验，系统考察了pH值、Fe²⁺投加量、H₂O₂浓度、反应时间及初始污染物浓度等关键因素对COD去除率和脱色效果的影响，并采用响应面法（RSM）建立了各参数间的非线性关系模型。结果表明，最佳工艺条件为pH 3.5、Fe²⁺投加量0.6 mmol/L、H₂O₂浓度2.4 mmol/L，此时COD去除率可达87.3%，脱色效率超过95%。此外，通过自由基捕获实验结合电子顺磁共振（EPR）分析，明确了·OH为主要活性物种，并进一步探讨了典型染料分子在芬顿体系中的降解路径，发现染料分子首先经羟基化反应生成中间产物，随后逐步矿化为小分子有机酸直至最终转化为CO₂和H₂O。本研究创新性地引入了动态调控策略以降低试剂消耗并提高处理效率，同时结合实际工程需求验证了该方法的可扩展性与经济可行性，为芬顿氧化法在印染废水处理中的应用提供了理论依据和技术支持。研究成果不仅深化了对芬顿氧化机制的理解，还为工业废水处理工艺的优化设计提供了重要参考。关键词：芬顿氧化法；印染废水；响应面法；降解机理；动态调控策略
Abstract
Dyeing wastewater, characterized by high color intensity, a high content of refractory organic substances, and complex composition, has become a significant challenge in the field of water pollution control. Conventional treatment methods struggle to effectively remove recalcitrant pollutants, whereas Fenton oxidation, as an advanced oxidation technology, demonstrates great potential due to its strong oxidizing capacity and efficiency. This study focuses on optimizing key parameters of the Fenton oxidation process for treating dyeing wastewater and elucidating its degradation mechanism. Through laboratory-scale batch experiments, the effects of pH, Fe²⁺ dosage, H₂O₂ concentration, reaction time, and initial pollutant concentration on COD removal efficiency and decolorization performance were systematically investigated. A nonlinear relationship model among these parameters was established using response surface methodology (RSM). The results indicated that the optimal process conditions were pH 3.5, Fe²⁺ dosage of 0.6 mmol/L, and H₂O₂ concentration of 2.4 mmol/L, under which the COD removal rate reached 87.3%, and the decolorization efficiency exceeded 95%. Furthermore, through radical scavenging experiments combined with electron paramagnetic resonance (EPR) analysis, ·OH was identified as the primary reactive species. The degradation pathway of typical dye molecules in the Fenton system was further explored, revealing that dye molecules initially underwent hydroxylation reactions to form intermediate products, which were subsequently mineralized into small organic acids and ultimately converted into CO₂ and H₂O. This study innovatively introduced a dynamic adjustment strategy to reduce reagent consumption and enhance treatment efficiency, while also verifying the scalability and economic feasibility of the method in accordance with practical engineering requirements. These findings provide theoretical support and technical guidance for the application of Fenton oxidation in dyeing wastewater treatment, deepen the understanding of the Fenton oxidation mechanism, and offer important references for the optimization and design of industrial wastewater treatment processes..
Key Words：Fenton Oxidation Method；Textile Wastewater；Response Surface Methodology；Degradation Mechanism；Dynamic Regulation Strategy
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 芬顿氧化法处理印染废水的研究背景与意义 1
1.2 芬顿氧化法在印染废水处理中的研究现状 1
1.3 本文研究方法及技术路线 2
第2章 芬顿氧化法参数优化的理论基础 3
2.1 芬顿氧化反应的基本原理 3
2.2 影响芬顿氧化效果的关键参数分析 4
2.3 参数优化的常用方法综述 4
2.4 印染废水特性对芬顿氧化的影响 5
第3章 芬顿氧化法参数优化实验研究 7
3.1 实验材料与设备 7
3.1.1 废水样品采集与预处理 7
3.1.2 主要试剂与仪器配置 7
3.1.3 实验条件设定 7
3.1.4 数据记录与分析方法 8
3.2 pH值对芬顿氧化效果的影响 8
3.2.1 pH值调节范围的选择 8
3.2.2 不同pH值下的COD去除率分析 8
3.2.3 最优pH值的确定 9
3.2.4 pH值对反应动力学的影响 9
3.3 双氧水投加量的优化研究 9
3.3.1 双氧水浓度变化规律 9
3.3.2 不同投加量下的降解效率对比 9
3.3.3 最佳双氧水投加量的确定 10
3.3.4 投加量对经济成本的影响 10
3.4 铁离子浓度的优化分析 10
3.4.1 铁离子浓度变化对反应速率的影响 10
3.4.2 不同铁离子浓度下的污染物去除效果 11
3.4.3 最优铁离子浓度的确定 11
3.4.4 铁离子过量添加的风险评估 11
3.5 反应时间对降解效果的影响 12
3.5.1 时间因素对反应进程的作用 12
3.5.2 不同反应时间下的降解效率分析 12
3.5.3 最优反应时间的确定 12
3.5.4 时间因素的经济性考量 13
第4章 芬顿氧化法降解机理研究 14
4.1 自由基生成与作用机制 14
4.1.1 氢氧自由基的生成途径 14
4.1.2 自由基与有机物的反应过程 14
4.1.3 自由基检测方法及其应用 14
4.1.4 自由基稳定性与反应效率的关系 15
4.2 印染废水中有机物的降解路径 15
4.2.1 典型染料分子结构特征分析 15
4.2.2 染料分子在芬顿氧化中的降解阶段 16
4.2.3 中间产物的生成与转化机制 16
4.2.4 降解产物的毒性评估 16
4.3 芬顿氧化过程中铁泥的形成与影响 17
4.3.1 铁泥生成的化学反应机理 17
4.3.2 铁泥对反应体系的影响分析 17
4.3.3 铁泥回收与资源化利用的可能性 17
4.3.4 铁泥控制策略的研究进展 18
4.4 芬顿氧化法与其他工艺的协同效应 18
4.4.1 芬顿氧化与生物处理的耦合机制 18
4.4.2 芬顿氧化与膜分离技术的结合分析 19
4.4.3 协同工艺对降解效率的提升作用 19
4.4.4 协同工艺的经济性与可行性评估 19
结 论 19
参考文献 21
致 谢 22
