Fenton氧化法處理有機(jī)廢水的研究

（青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東青島266042）

20世紀(jì)以來，醫(yī)藥工業(yè)的迅速發(fā)展，給人類文明帶來了飛躍。與此同時(shí)，在其生產(chǎn)過程中所排放出來的廢水對(duì)環(huán)境的污染也日益加劇，給人類健康帶來了嚴(yán)重的威脅[1～3]。醫(yī)藥廢水成分復(fù)雜，COD很高，色度和毒性大，往往含有種類繁多的有機(jī)污染物質(zhì)，這些物質(zhì)中有不少屬于難生化降解的物質(zhì)，可在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)存留于環(huán)境中[4～6]。對(duì)于這些種類繁多、成分復(fù)雜的有機(jī)廢水的處理，仍然是目前國內(nèi)外水處理的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

Fenton氧化法是在酸性條件下，通過Fe2+催化H2O2產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的.OH,將水中大多數(shù)的有機(jī)物氧化的方法。該方法特別適用于對(duì)生物難降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水的氧化處理[7，8]。相對(duì)其他高級(jí)氧化劑而言，F(xiàn)enton試劑具有操作簡單、原料易得、使用方便、對(duì)后續(xù)的生化處理無毒害作用、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸應(yīng)用于制漿造紙、染料、防腐劑、農(nóng)藥等廢水處理，具有良好的應(yīng)用前景[9]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：燒杯、玻璃棒、冷凝管、圓底燒瓶（天津市泰斯特儀器有限公司）；恒溫加熱磁力攪拌器（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）；FA1204B電子天平、PHS-3D型pH計(jì)、曝氣裝置（上海精密科學(xué)儀器有限公司）。

試劑：30%過氧化氫（萊陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)）；鄰菲羅啉（天津市巴斯夫化工有限公司）；硫酸亞鐵、氫氧化鈉（天津博迪化工有限公司）；鹽酸、硫酸（分析純，煙臺(tái)三和化學(xué)試劑有限公司）；重鉻酸鉀(分析純，天津廣成化學(xué)試劑有限公司)；硫酸亞鐵銨（分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠）；有機(jī)廢水樣品（山東青島某制藥廠制藥廢水）

1.2 廢水的來源及性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用水來自山東青島某制藥廠制藥廢水，該廢水的主要成分有苯類有機(jī)物質(zhì)及其他雜質(zhì)，經(jīng)檢測，其COD為14408mg/L，pH為8～9。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 Fenton實(shí)驗(yàn)

量取1L有機(jī)廢水，用鹽酸和NaOH調(diào)至pH為4。加入一定量的FeSO4和30%的H2O2。曝氣反應(yīng)一段時(shí)間后，調(diào)節(jié)pH至堿性，絮凝沉淀，取上層清液測定COD。

1.3.2 COD測定實(shí)驗(yàn)

COD的值采用重鉻酸鉀法測定(GB/T 11914-1989)[10],本國標(biāo)適用于COD值高于30mg/L的大多數(shù)水體。COD祛除率才用如下公式：

式中：COD0——（樣品溶液的原始COD，mol/L）、COD1——（脫色劑處理后的COD，mol/L）。

2 結(jié)果與討論

2.1 入水pH對(duì)Fenton氧化法處理廢水效果的研究

量取1L有機(jī)廢水，用鹽酸和NaOH分別調(diào)節(jié)pH至2、3、3.5、4、4.5、5、6、7。加入30%的H2O24mL，F(xiàn)e-SO40.5g。曝氣反應(yīng)40min后，調(diào)節(jié)pH至9，絮凝沉淀，取上層清液測定廢水的COD值，計(jì)算COD祛除率。結(jié)果見圖1。

圖1 入水pH對(duì)Fenton氧化法處理廢水效果的影響

由圖1可知，隨著pH值不斷增強(qiáng)，COD祛除率逐漸上升，在pH為4達(dá)到最大值，祛除率為45.11%。但并不是pH越大越好，隨著pH由4升至7，祛除率反而下降。

這是由于Fenton試劑是在偏酸條件下發(fā)生作用的，pH是影響Fenton試劑處理效果的重要因素之一，溶液初始pH值對(duì)H2O2的分解有很大的影響。在酸性條件下，H202中生成.OH的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)最高。但對(duì)不同的廢水，其適宜的pH范圍也不盡相同[11]。而當(dāng)pH過低時(shí)，溶液中的H+濃度過高，反應(yīng)受到抑制，催化反應(yīng)受阻，從而影響Fento試劑的氧化能力。

2.2 過氧化氫用量對(duì)Fenton氧化法處理廢水效果的研究

量取1L有機(jī)廢水，用鹽酸和NaOH調(diào)節(jié)pH至4。分別加入30%的H2O21、2、3、4、5、6、7、8mL，其余條件同2.1。計(jì)算COD祛除率，結(jié)果見圖2。

圖2 過氧化氫用量對(duì)Fenton氧化法處理廢水效果的影響

由圖2可知，隨著過氧化氫用量的增加，COD祛除率先增加后降低，在30%的過氧化氫用量為4mL/L時(shí)，COD祛除率達(dá)到最大值，為45.41%。然而在過氧化氫量超過最佳用量時(shí)，COD去祛除率反而下降。

在一定范圍內(nèi)，隨著H2O2濃度的增加，有機(jī)物的去除率增加，當(dāng)去除增加到一定程度后，繼續(xù)增加H2O2的量，有機(jī)物的去除率變化緩慢，并且有降低的趨勢(shì)。這主要是因?yàn)榘l(fā)生了副反應(yīng)，消耗了H2O2，并且抑制了.OH 的產(chǎn)生，使H2O2無效分解，反而增加了廢水的COD，故要選擇合適的H2O2用量[12]。

2.3 硫酸亞鐵用量對(duì)Fenton氧化法處理廢水效果的研究

量取1L有機(jī)廢水，用鹽酸和NaOH調(diào)節(jié)pH至4。分別加入硫酸亞鐵0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8g。其余條件同2.1。計(jì)算COD祛除率，結(jié)果見圖3。

圖3 硫酸亞鐵用量對(duì)Fenton氧化法處理廢水效果的影響

由圖3可知，隨著硫酸亞鐵用量的增加，COD祛除率先升高后降低，在用量為0.5g/L時(shí)，COD祛除率達(dá)到最大值，為45.19%。然而，當(dāng)硫酸亞鐵越來越多時(shí)，COD祛除率反而下降，這可能是由于硫酸亞鐵剩余量過多，使絮凝沉淀增多，反而增加了COD。同時(shí)，沉淀較多，浪費(fèi)了過多的堿，增加了成本。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)Fenton氧化法處理廢水效果的研究

量取1L有機(jī)廢水，用鹽酸和NaOH調(diào)節(jié)pH至4。其他條件同 2.1，分別曝氣反應(yīng) 10、20、30、40、50、60、70、80min后，計(jì)算COD祛除率。結(jié)果見圖4。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)Fenton氧化法處理廢水效果的影響

由圖4可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，COD祛除率先升高后降低，在反應(yīng)時(shí)間為40min時(shí)，COD祛除率達(dá)到最大值，為45.18%。但并不是時(shí)間越多越好，當(dāng)超過40min時(shí)，COD祛除率反而下降。這可能是由于時(shí)間過長，F(xiàn)enton反應(yīng)已經(jīng)很徹底，增加時(shí)間反而會(huì)使廢水返色，增加了COD，也增加了時(shí)間成本。

2.5 曝氣對(duì)Fenton氧化處理效果的研究

量取1L有機(jī)廢水，用鹽酸和NaOH調(diào)節(jié)pH至4。分別進(jìn)行曝氣反應(yīng)和不曝氣反應(yīng)，其余條件同2.1。計(jì)算COD祛除率，結(jié)果為不曝氣時(shí)，COD祛除率是42.11%、曝氣時(shí)COD祛除率是45.10%。

曝氣處理有利于Fenton氧化處理。這是因?yàn)槠貧鈺?huì)起到攪拌的作用，使反應(yīng)更加徹底。

3 結(jié)論

Fenton氧化法對(duì)有機(jī)廢水具有比較好的處理效果，在出水pH為9，反應(yīng)時(shí)間為40min，H2O2用量為4mL/L，F(xiàn)eSO4含量為0.5g/L，間歇曝氣的情況下，COD祛除率達(dá)到45%以上。

Fenton試劑自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制較完善，用于去除毒性大、一般氧化劑難氧化或生物難降解的制藥廢水中的有機(jī)污染物具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是一種具有實(shí)用潛力的廢水處理技術(shù)，在有機(jī)廢水處理領(lǐng)域會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

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