港口含油污水Fenton預處理的試驗研究

李然

摘要：采用Fenton氧化法處理混凝沉淀后的含油廢水，通過正交試驗、單因素試驗分析了工藝最佳反應條件：pH值為2.5左右；H2O2投加量為6ml/L；H2O2/Fe2+在20；反應溫度為40℃；反應時間60～90min。該反應條件下，當進水COD濃度為317.5mg/L時，出水濃度為132.3 mg/L，去除率達58.3%。

關鍵詞：Fenton氧化 含油廢水 含鹽量

中圖分類號： [TU992.3]文獻標識碼：A文章編號：

Research on Oil-Contained Wastewater Treatment by Fenton Oxidation

LiRan

（Tianjin?Port Authority, Tianjin 300456）

Abstract: Fenton oxidation was applied to treat harbor oil-contained wastewater after coagulation-sedimentation process. Orthogonal test and single-factor experiment showed that the optimum parameter were pH of 2.5, dosage of H2O2 of 6ml/L, H2O2/Fe2+ of 20, reaction temperature of 40℃, and reaction temperature of 60～90min. Under these reactor conditions, COD concentration was decreased from 317.5mg/L to 132.3 mg/L, with removal efficiency of 58.3%.

Key words: fenton oxidation; oil-contained wastewater; salt content

Fenton氧化在一定條件下通過H2O2與Fe2+反應，產生氧化能力極強的?OH自由基（氧化電位為2.80V，僅次于氟的2.87V)，攻擊有機物分子，使其氧化分解為容易處理的物質。與一般化學氧化法相比，Fenton氧化技術具有設備簡單、反應條件溫和、操作方便、高效等優(yōu)點，因此，Fenton試劑法作為一種高級化學氧化法，已成功運用于多種工業(yè)廢水的處理[1-3]。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置與方式

采用燒杯靜態(tài)試驗方法，為了與實際運行相吻合，試驗在室溫下進行：

（1）用1000 mL標準燒杯每次取原水樣600 mL，采用H2SO4調節(jié)pH；

（2）磁力攪拌；攪拌中先后加入定量的FeSO4 和30%的H2O2；

（3）反應完畢后用NaOH 溶液調節(jié)pH 值為9, 靜置60min，取上清液測定COD。

每組藥劑投加量重復進行多組以考察處理效果的穩(wěn)定性和重現性。

試驗用水取自天津市某港區(qū)含油廢水處理系統(tǒng)混凝沉淀后出水。

pH、COD均采用標準方法測定[4]。

1.2 正交試驗

采用正交試驗對Fenton反應條件進行優(yōu)化選擇。正交試驗首先要進行試驗條件的選擇，即試驗因素、試驗水平以及試驗指標的確定。試驗因素，指對試驗結果有影響的一系列因素，在本試驗中確定雙氧水投加量、硫酸亞鐵的投加量、pH、反應時間及溫度；試驗水平，指試驗因素的取值，原則是應盡量覆蓋實際運行中試驗因素可能的取值范圍；試驗指標，最能體現考察目標的可觀測量，在研究中采用出水COD作為試驗指標。

根據相關科學研究及以往的工程經驗，正交試驗選取的H2O2投加量為2.5ml/ L, 3.0ml/ L, 3.5ml/L, 4.0ml/ L ；H2O2 /Fe2+為10, 15, 20, 25；溶液初始pH值為2.5, 3.5, 5.5, 7.0；反應時間為45, 60, 75, 90min；反應溫度為20, 30, 40, 50℃；進行五因素、四水平Fenton處理含油廢水的實驗。實驗設計見表1。具體方法參考文獻[5]。

表1 正交試驗因素水平表

2 試驗結果與討論

2.1 Fenton氧化處理含油廢水的正交實驗

正交實驗實驗結果用SPSS 11.5軟件進行統(tǒng)計分析，分析結果如表2所示。

由表2可知: RpH > RH2O2投加量 > RH2O2 /Fe2+> R反應時間> R反應溫度，因此在設計試驗范圍內所選的影響因素中，影響Fenton氧化處理效果的顯著性為: pH > H2O2投加量> H2O2 /Fe2+ (摩爾比)>反應時間>反應溫度。且COD 去除率最高達到69.2 %。根據均值Ki 得出最優(yōu)工作參數為: pH = 2. 5 , H2O2 投加量=4.0 ml/ L，H2O2/Fe2+=20；反應時間=60min；反應溫度控制在40℃。

2.2 Fenton氧化法處理含油廢水的單因素試驗

依據正交試驗確定的優(yōu)化參數進行單因素試驗，重點研究pH、H2O2投加量和H2O2/Fe2+變化對COD 去除率的影響，繪出各因素與COD去除率的關系曲線，得出各因素變化與COD去除率的關系。

2.2.1 pH對Fenton氧化性能的影響

固定溶液H2O2投加量為4ml/L；H2O2/Fe2+為20；反應溫度為40℃；反應60min；調節(jié)不同初始pH，考察其對氧化性能的影響，結果如圖1所示。

圖1 pH對Fenton氧化性能的影響

從圖中可以看出, 在pH值處于2.5～4.5區(qū)間時，COD去除率穩(wěn)定地維持在相對較高的水平，之后隨溶液pH值的增大顯著下降。這是由于在堿性環(huán)境中，Fenton試劑溶液中的Fe2+會以氫氧化物的形式沉淀而失去催化能力，從而抑制羥基自由基的產生, 導致在堿性條件下COD去除率大幅度下降。另一方面, 當pH值過低時，溶液中的H+濃度過高，抑制了Fe3 +還原為Fe2+的反應，同樣會使催化受阻, 從而降低Fenton試劑的氧化能力[6]。當pH=2.5時，進水COD濃度為333.7mg/L，出水濃度為152.7 mg/L。

2.2.2 H2O2投加量對Fenton氧化性能的影響

固定溶液pH值為2.5左右；H2O2/Fe2+為20；反應溫度為40℃；反應60min；投加不同量的H2O2 (3～8ml/L )，測定反應后的COD濃度，結果如圖2所示。

圖2 H2O2投加量對Fenton氧化性能的影響

實驗結果表明：在水平4.0ml/L以前, COD去除率隨H2O2投加量的增大迅速增加, 這是因為Fenton是靠H2O2在Fe2+催化作用下所生成的高活性·OH 氧化去除廢水中的有機物, 因而H2O2的投加量直接決定著Fenton試劑的氧化效果[6]。在H2O2投加量為4～6ml/L范圍內，COD去除率隨H2O2投加量的增大緩慢增加，當H2O2投加量=6ml/L時，COD去除率達到最大的57.0%。當H2O2投加量大于6ml/L后, COD去除率變化不明顯，甚至略有降低。這表明Fenton試劑氧化過程中并不是H2O2濃度愈大氧化效果愈好, 因為H2O2濃度過高時, 過量的H2O2會抑制·OH的產生, 從而使氧化效果降低。

因此, 從經濟性和H2O2利用率考慮, 將6ml/L定為較理想的H2O2投加量, 此時的進水COD濃度為326.1mg/L，出水濃度為140.2mg/L。

2.2.3 H2O2 /Fe2+ (摩爾比)對Fenton氧化性能的影響

固定溶液pH值為2.5左右；H2O2投加量為6ml/L；反應溫度為40℃；反應60min；控制H2O2/Fe2+在15.0～27.5的范圍內，考察其對Fenton氧化性能的影響，結果如圖3所示。

圖3 H2O2 /Fe2+ (摩爾比)對Fenton氧化性能的影響

由圖3可知，COD去除率隨H2O2/Fe2+的增加呈先增大后減小的趨勢。當H2O2/Fe2+為20時, COD去除率達最大的58.3%。此時的進水COD濃度為317.5mg/L，出水濃度為132.3 mg/L。

3 結論

通過正交試驗、單因素試驗分析了Fenon氧化處理含油廢水的最佳反應條件：pH值為2.5左右；H2O2投加量為6ml/L；H2O2/Fe2+在20；反應溫度為40℃；反應60～90min。該反應條件下，當進水COD濃度為317.5mg/L時，出水濃度為132.3 mg/L，去除率達58.3%。

參考文獻：

[1] 劉汝鵬, 于水利. Fe-H2O2深度處理造紙中段廢水的研究[J]. 中國給水排水, 2006, 22 (11): 73-79.

[2] 陳傳好, 謝波, 任源, 等. Fenton試劑處理廢水中各影響因子的作用機制[J]. 環(huán)境科學, 2000, 21 (5): 93-96.

[3] 左晨燕, 何苗, 張彭義, 等. Fenton氧化/混凝協同處理焦化廢水生物出水的研究[J]. 環(huán)境科學, 2006, 27 (11): 2201-2205.

[4] 國家環(huán)境保護局. 水和廢水監(jiān)測分析方法. (第四版) [M] .北京: 中國環(huán)境科學出版社, 2003.

[5] 方開泰, 馬長興. 正交與均值試驗設計[M] . 北京: 科學出版社, 2001.

[6] 郭思, 劉燕, 楊楠楨, 等. Fenton氧化法處理生物性污染廢水[J]. 環(huán)境化學, 2009, 28 (4): 487-491.

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。