Fenton氧化預處理苯胺廢水的試驗研究

龐建峰

(淮陰工學院建筑工程學院，江蘇淮安 223001)

0 引言

目前關于苯胺廢水的處理方法已多有報道，如吸附法、光催化氧化法、超臨界水氧化法、Fenton試劑氧化法等。Fenton試劑是由H202和Fe2+混合得到的一種強氧化劑，在酸性條件下試劑中的H202在Fe2+的催化作用下能產(chǎn)生具有強氧化能力的羥基自由基·OH，其具有很高的電極電勢，可以無選擇性的氧化大多數(shù)有機污染物。因此，近20年來，它在工業(yè)廢水處理中的應用越來越受到人們的重視。本研究采用Fenton氧化法對安徽省池州市某制藥公司的苯胺廢水進行了預處理，探討了各種因素對處理效果的影響，在反復試驗的基礎上確定了最佳工藝條件，為Fenton法處理苯胺生產(chǎn)廢水提供了理論依據(jù)。

1 試驗部分

1.1 試驗試劑

質量分數(shù)為30%的雙氧水、七水合硫酸亞鐵、氫氧化鈉、濃硫酸，重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨、硫酸銀、硫酸汞、硫酸氫鉀、亞硝酸鈉、氨基磺酸銨，均為分析純。

1.2 試驗儀器

79-1磁力攪拌器，BS224S電子天平，PB-10精密酸度計，UV-2000分光光度計。

1.3 廢水來源

試驗廢水取自安徽省池州市某制藥公司生產(chǎn)廢水集水池，其主要組分為苯胺類化合物，pH值5 ～6，COD1300～1600 mg/L，苯胺300～500 mg/L，水樣呈淺灰色。

1.4 試驗方法

取水樣100ml置于250ml燒杯中，調節(jié) pH值，向溶液中依次加入一定量的FeSO4·7H20和質量分數(shù)為30%的H202，室溫下置于磁力攪拌器中攪拌，促使其充分反應。反應一段時間后，用NaOH調節(jié)pH值至8～9，靜置沉降后取上清液測定COD值和苯胺值，計算Fenton試劑對廢水中COD和苯胺的去除率。

1.5 分析方法

pH測定:PB-10精密酸度計;COD測定:重鉻酸鉀法;苯胺測定:N-(1-萘基)乙二胺偶氮分光光度法。

2 結果與討論

2.1 廢水初始pH值對去除率的影響

取100ml水樣于燒杯中，分別用H2SO4調節(jié)pH 值為 1.5、2.5、3.5、4.5、5.5 和 6.5，控制 FeSO4·7H2O 投加量為0.04g，H2O2投加量為 30uL，在室溫條件下反應60min，考察不同pH值對廢水中COD和苯胺去除率的影響。

圖1 廢水初始pH值對去除率的影響

由圖l可知，pH值在2.5～4.5時COD和苯胺均有較高的去除率。其中pH為3.5時效果最好，這基本與文獻中報道的用Fenton試劑處理其它廢水的試驗結果相符。按照經(jīng)典的Fenton試劑反應理論，當pH值較高時，F(xiàn)e2+容易形成Fe3+，而生成的Fe3+又可能形成羥基鐵復合物導致溶液中Fe2+濃度降低，因此產(chǎn)生的·OH濃度也相對降低，并且H2O2在堿性溶液中不穩(wěn)定，可能分解產(chǎn)生氧氣和水而喪失氧化能力;當pH值較低時，溶液中的H+濃度過高，使Fe3+很難被還原為Fe2+，而Fe2+供給不足也會使·OH的數(shù)量減少，不利于氧化反應的進行。

2.2 H2O2投加量對去除率的影響

調節(jié)水樣pH為3.5，控制FeSO4·7H2O的投加量為0.04g，改變 H202投加量，在室溫下反應60min，考察H2O2投加量對去除率的影響，實驗結果如圖2所示。

圖2 H2O2投加量對去除率的影響

由圖2可知，隨著H202用量的增加，廢水中COD和苯胺的去除率先增大，而后出現(xiàn)明顯下降。在H202投加量為30uL時，COD和苯胺的去除率最高，分別為50.8%和59.8%。H202用量對廢水處理效果有至關重要的影響:在H202濃度較低時，·OH的量隨H2O2濃度的增加而增加;當H202的濃度過高時，過量的H202不但不能分解產(chǎn)生更多的·OH，反而在反應中把Fe2+迅速氧化為Fe3+，使反應在Fe3+的催化下進行，這樣既消耗了H2O2的用量，又抑制了·OH的產(chǎn)生，同時溶液中殘留的過量H202又會在一定程度上增加出水中的COD，導致加入過量H2O2時COD去除率會顯著下降。故試驗中選用30uL的H2O2作為廢水水樣的最佳用量。

2.3 FeSO4·7H2O投加量對去除率的影響

調節(jié)水樣pH值為3.5，控制H2O2用量為30 uL，改變 FeSO4·7H2O的投加量，室溫下反應60min，考察不同F(xiàn)eSO4·7H2O投加量對廢水處理效果的影響。

由圖3可知，在FeSO4·7H2O用量較少時，COD和苯胺的去除率隨著FeSO4·7H2O投加量的增加而快速增加，在0.04g左右達到最大值后，繼續(xù)增加FeS04·7H20用量，COD和苯胺去除率均有減小的趨勢。由反應機理可知，當Fe2+濃度很低時，·OH產(chǎn)生的數(shù)量和速度都相對較小，隨著Fe2+濃度逐漸增大，·OH也逐漸增多，這有利于氧化反應進行;但Fe2+濃度過高會對H2O2的消耗也增多，從而減少·OH的產(chǎn)生，降低Fenton試劑的氧化能力;同時過量Fe2+被氧化成Fe3+，會造成出水色度加深，因此FeSO4·7H2O的投加量有一個適宜的值。根據(jù)試驗結果，F(xiàn)eSO4·7H2O的投加量為0.04g時，COD和苯胺的去除率最大，分別為52.4%和64.8%，因此確定 FeSO4·7H2O 的最佳投加量是0.04 g。

圖3 FeSO4·7H2O投加量對去除率的影響

2.4 反應時間對去除率的影響

調節(jié)水樣的pH值至3.5，控制FeSO4·7H2O投加量為0.04 g，H2O2投加量為30 uL，改變反應時間，考察反應時間對廢水去除效果的影響，試驗結果如圖4所示。

圖4 反應時間對去除率的影響

從圖4可以看出，隨著反應時間的延長，COD和苯胺去除率明顯增加。當反應時間為60min時，兩者的去除率分別達到45.2%和64.2%;當反應進行到80min時，COD去除率最高為53.7%，之后隨反應的進行反而出現(xiàn)下降，初步推斷是反應過程中生成了新的有機物質，導致出水中COD值升高;在反應進行到80min時苯胺的去除率為69.3%，之后趨于平穩(wěn)?？紤]到生產(chǎn)實際與實驗室之間的差異，可以適當延長反應時間，有利于充分反應，因此建議反應時間控制在80min左右較為合理。

3 結論

(1)Fenton氧化法在反應中能使廢水中多數(shù)有機污染物降解，用于苯胺廢水的預處理具有較好的效果。

(2)通過單因素試驗，結果表明:在廢水pH值為3.5，H2O2投加量為 0.3mL/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 投加量為0.4g/L，室溫下反應80min的條件下，COD和苯胺的去除率分別為54.8%和70.3%，改善了廢水的生化性，為后續(xù)的生化處理提供了有利條件。

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