Fenton氧化/強(qiáng)化混凝法預(yù)處理檳榔廢水的試驗(yàn)研究

扶海立，楊仁斌，譚秀益

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙410128）

Fenton氧化/強(qiáng)化混凝法預(yù)處理檳榔廢水的試驗(yàn)研究

扶海立，楊仁斌，譚秀益

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙410128）

采用Fenton氧化/強(qiáng)化混凝法對(duì)湖南某食用檳榔生產(chǎn)排放的廢水進(jìn)行預(yù)處理實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用Fenton試劑，在初始pH值為5.0，H202投加量為247.5 g/L，F(xiàn)e2+投加量為1.40 g/L，反應(yīng)時(shí)間為2 h的條件下，CODcr去除率達(dá)到88.56%，色度去除率達(dá)到83.33%。繼續(xù)采用10%的氫氧化鈉對(duì)上清液進(jìn)行強(qiáng)化混凝處理，在調(diào)節(jié)pH為9.0，反應(yīng)時(shí)間為10 min的條件下，出水的CODcr可降至1980.0 mg/L，色度可降至20倍，顏色清澈，極大的消減了污染負(fù)荷，達(dá)到了良好的預(yù)處理效果。

Fenton試劑；強(qiáng)化混凝；檳榔廢水；預(yù)處理

引言

利用檳榔原果為原料生產(chǎn)食用檳榔的檳榔廢水具有色度大、酸度高、溫度高、有機(jī)物濃度高和可生化性差等特點(diǎn)，是一種典型的難生物降解高濃度有機(jī)廢水。由于食用檳榔加工工藝的需要，在檳榔原果清洗、煮制兩道工序中會(huì)產(chǎn)生大量廢水［1］，若隨意排放，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。湖南是全國(guó)最大的食用檳榔產(chǎn)銷地［2］，食用檳榔生產(chǎn)加工企業(yè)數(shù)百家，但檳榔廢水處理真正達(dá)標(biāo)排放的卻不多，因?yàn)樵诠こ躺蠈?shí)現(xiàn)檳榔廢水達(dá)標(biāo)排放存在較大的困難且處理成本較高。用活性炭作為吸附劑，對(duì)檳榔廢水進(jìn)行預(yù)處理實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果是CODcr和色度的去除率都不到10%，且活性炭用量大、費(fèi)用高。因此探尋適用的處理工藝對(duì)保護(hù)區(qū)域環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

Fenton試劑被廣泛應(yīng)用于處理難降解有機(jī)工業(yè)廢水，與其它高級(jí)氧化技術(shù)相比，F(xiàn)enton氧化技術(shù)具有快速高效、可產(chǎn)生絮凝、設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)要求較低的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)廢水處理中得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用［3-5］。Fenton試劑是Fe2+和H2O2的結(jié)合，二者反應(yīng)生成具有高反應(yīng)活性和很強(qiáng)氧化能力的羥基自由基·OH，·OH無(wú)選擇性，能與大多數(shù)有機(jī)物作用使其降解以至礦化［6］。本實(shí)驗(yàn)采用Fenton試劑處理難生物降解的檳榔廢水，盡可能的消減污染負(fù)荷，提高廢水可生化性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 檳榔廢水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用廢水取自湖南某食用檳榔生產(chǎn)車間排放的煮籽廢水，其水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。由表1可知，該廢水具有高CODcr、高色度、酸度大、溫度高、可生化性差的特點(diǎn)。

1.2 分析指標(biāo)及方法

CODcr值∶采用重鉻酸鉀法測(cè)定；色度∶采用稀釋倍數(shù)法測(cè)定［7］；pH值∶采用上海精科產(chǎn)雷磁PHS-3C型精密pH計(jì)測(cè)定。

1.3 試劑

H2O2（質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，AR）；FeSO4·7H2O（AR）；重鉻酸鉀（AR）；硫酸亞鐵銨（AR）；硫酸銀（AR）；氫氧化鈉（AR），使用時(shí)用蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%水溶液。

1.4 實(shí)驗(yàn)儀器

CODcr快速消解儀（韶關(guān)市廣智科技設(shè)備有限公司）、pHS-3C型精密pH計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、MY3000-6H智能型混凝攪拌儀（武漢市梅宇儀器有限公司）。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

試驗(yàn)過(guò)程分兩步進(jìn)行，廢水經(jīng)自然冷卻后，首先利用Fenton試劑去除廢水中大量的有機(jī)物，表現(xiàn)為CODcr和色度的大幅度下降，確定Fenton氧化反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件后取上清液再進(jìn)行強(qiáng)化混凝試驗(yàn)，探討強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)最佳pH值，以進(jìn)一步脫色和削減CODcr。

具體步驟是∶實(shí)驗(yàn)在MY3000-6H智能型混凝攪拌儀進(jìn)行，取廢水200 mL于500 mL燒杯中，調(diào)節(jié)pH值，攪拌時(shí)先加入一定量的FeSO4·7H20，然后緩慢加入一定量的H202（30%），反應(yīng)2 h，靜置沉淀適當(dāng)時(shí)間后測(cè)上清液的CODcr和色度。

確定實(shí)驗(yàn)最佳反應(yīng)條件后，取2 L廢水進(jìn)行放大實(shí)驗(yàn)，取上清液200 mL，用氫氧化鈉（10%溶液）調(diào)節(jié)pH為4、5、6、7、8、9、10、11共八個(gè)梯度做強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)10 min，靜置沉淀30 min后測(cè)上清液CODcr和色度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 Fenton試劑處理檳榔廢水最佳參數(shù)

2.1.1硫酸亞鐵（Fe2+）投加量對(duì)CODcr去除率和色度的影響

不改變廢水的pH值，H2O2的投加量固定為192.5 g/L，反應(yīng)2 h，沉淀1 h的條件下，探討不同F(xiàn)e2+的投加量對(duì)廢水CODcr去除率和色度的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，F(xiàn)e2+對(duì)CODcr的去除率和色度的影響都較大，隨著Fe2+投加量的增加，CODcr的去除率增加，但當(dāng)Fe2+達(dá)到1.40 g/L時(shí)開(kāi)始下降，因?yàn)镕e2+投加量大于一定量時(shí)，H2O2分解速度加快，生成的·OH游離基來(lái)不及與廢水中的有機(jī)物反應(yīng)，就轉(zhuǎn)變成O2釋放出來(lái)。在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為有大量氣泡產(chǎn)生，從而使部分H2O2無(wú)效分解，使CODcr去除率下降，且過(guò)量的Fe2+也可使廢水的CODcr升高。而色度則是隨著Fe2+投加量的增加而增加，前段增加較緩慢，當(dāng)Fe2+達(dá)到1.6 g/L時(shí)增速急劇加大，這可能是體系中Fe2+和Fe3+的顏色所導(dǎo)致的。綜合考慮CODcr去除率和色度兩項(xiàng)指標(biāo)，取1.40 g/L作為Fe2+投加量。

2.1.2 H2O2投加量對(duì)CODcr去除率和色度的影響

Fe2+的投加量為1.40 g/L，固定其它反應(yīng)條件，改變H2O2的投加量，探討不同H2O2投加量對(duì)廢水CODcr去除率的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著H2O2投加量的增加，CODcr去除率趨勢(shì)是先增后降，色度則是先降后平再增。H2O2投加量在250 mL/L時(shí)CODcr去除率到達(dá)峰值，色度也是最低值，這是由于增加H2O2的用量一方面產(chǎn)生了更多的氫氧自由基，提高了氧化能力，但如果H2O2濃度升高一定程度后，H2O2與生成的羥基自由基反應(yīng)，造成H2O2自身無(wú)效分解，導(dǎo)致羥基自由基和H2O2的雙重浪費(fèi)；過(guò)多的H2O2還可以氧化二價(jià)的鐵生成三價(jià)的鐵，抑制羥基自由基的形成，且增加了出水的色度。故確定實(shí)驗(yàn)H2O2的最佳投加量為247.5 g/L。

2.1.3初始pH值對(duì)CODcr去除率的影響

H2O2的投加量取247.5 g/L，F(xiàn)e2+投加量取1.40 g/L，固定其它反應(yīng)條件，用10%氫氧化鈉調(diào)節(jié)廢水pH值，考察廢水不同初始pH值對(duì)CODcr去除率和色度的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，pH≤5時(shí)，CODcr和色度的去除率隨著pH增加而增加，但當(dāng)pH＞5時(shí)將阻礙CODcr和色度的去除，此時(shí)不僅CODcr去除率降低，而且Fe（OH）3的生成加深了出水的色度，極大的影響了檳榔廢水的處理效果。由此可知，綜合CODcr和色度兩項(xiàng)指標(biāo)，確定實(shí)驗(yàn)的最佳pH值為5。鑒于廢水的高酸性及廢水處理的經(jīng)濟(jì)性，若在工程應(yīng)用時(shí)，做Fenton氧化預(yù)處理時(shí)可無(wú)需調(diào)節(jié)廢水的pH值。

2.2 強(qiáng)化混凝處理廢水實(shí)驗(yàn)條件的確定

在確定Fenton最佳反應(yīng)條件下處理后的檳榔廢水，CODcr降至2500 mg/L左右，但顏色為淡黃綠色，色度達(dá)250倍。因此第二步混凝的任務(wù)是脫色和進(jìn)一步去除CODcr。Fe2+是Fenton試劑中自由基產(chǎn)生的催化劑，同時(shí)Fe2+和H2O2反應(yīng)可以生成Fe3+，而鐵鹽是常見(jiàn)的混凝劑，作為單純的混凝劑其反應(yīng)pH值為4～11，F(xiàn)enton法被學(xué)者稱為“強(qiáng)化的混凝過(guò)程”［8］。但由于Fenton反應(yīng)最佳條件時(shí)出水的pH值過(guò)低，其混凝效果受到抑制，需通過(guò)調(diào)節(jié)pH值實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化混凝。通過(guò)初步的實(shí)驗(yàn)和藥劑篩選對(duì)比，選用10%氫氧化鈉調(diào)節(jié)上清液的pH值做強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)，探討不同pH對(duì)上清液的處理效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，隨著pH值升高，色度越來(lái)越低，CODcr去除率則是先升后降，在pH值為9時(shí)，CODcr去除率達(dá)到最大值，CODcr降至1980 mg/L，去除率為88.56%；色度降至20倍，去除率為98.67%，這可能是由于氫氧化亞鐵在pH=9左右時(shí)開(kāi)始沉淀，從而極大的去除了由亞鐵離子帶來(lái)的色度，同時(shí)鐵鹽在此時(shí)也達(dá)到了最佳的混凝效果。

3 結(jié)論

（1）Fenton試劑氧化/強(qiáng)化混凝法預(yù)處理成分復(fù)雜、難以生物降解的檳榔廢水，具有良好的效果。經(jīng)過(guò)氧化混凝兩步處理，色度去除率可達(dá)98.67%，CODcr去除率可達(dá)88.56%。極大的消減了污染負(fù)荷，為后續(xù)生化處理創(chuàng)造了條件。

（2）檳榔廢水的預(yù)處理分為兩步。第一步，F(xiàn)enton氧化最佳反應(yīng)條件為∶初始pH值為5，H2O2用量為225 mL/L，F(xiàn)e2+加入量為1.40 g/L，反應(yīng)時(shí)間為1 h。第二步，強(qiáng)化混凝的最佳pH值為9。

（3）Fenton氧化/強(qiáng)化混凝法預(yù)處理檳榔廢水，具有去除率高、設(shè)備簡(jiǎn)單和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

［1］蔡彩虹.檳榔廢水處理方法的實(shí)驗(yàn)研究［D］.長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)'2011.

［2］曾琪.檳榔化學(xué)成分的研究［D］.長(zhǎng)沙:中南林業(yè)科技大學(xué)'2007.

［3］陽(yáng)立平'肖賢明.Fenton法在焦化廢水處理中的應(yīng)用及研究進(jìn)展［J］.中國(guó)給水排水'2008'42(18）:9-13.

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Study on Pre-Treatment of Areca Wastewater by Fenton Oxidation-Reinforced Coagulation Process

FU Haili，YANG Renbin，TAN Xiuyi
（College of Environment and Resources，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China）

Fenton Oxidation-Reinforced Coagulation is used to pre-treatment the edible areca catechu wastewater in a areca plant in Hunan province.The result shows that the optimum operating conditions of Fenton process are as follows:initial pH is around 5.0，H2O2dosage is247.5g/L，F(xiàn)e2+dosage is1.4g/L，and reaction time is2.0h.The CODcrand chromaticity removal rates of the wastewater are 88.56%and 83.33%.Then using 10%Sodium hydroxide solution to treat the supernatant after Fenton process，when the supernatant pH is controlled at9.0 and reaction time is 10 minutes，the effluent CODcrdecreased to 1980.0mg/L，the chromaticity decreased to20 times，and thewater colourwas clear.It greatly reduces the pollution load and reaches a good pre-treatment effect.

Fenton reagent；reinforced coagulation；areca wastewater；pre-treatment

X505

A

1673-1549（2014）01-0019-04

10.11863/j.suse.2014.01.06

2013-10-08

國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目（2008ZX07211-001）

扶海立（1988-），女，湖南婁底人，碩士生，主要從事水污染防治方面的研究，（E-mail）fhlhnnd@163.com