鐵碳微電解及芬頓氧化處理某抗生素廢水的研究

白娟莉

（四川景星環(huán)境科技有限公司， 四川成都 610037）

抗生素廢水因濃度高、水質(zhì)波動大、廢水中含有延緩或完全抑制微生物生長的有毒有害物質(zhì)、可生化性較差等特點，將其歸為生物難降解有機廢水。因此，在進入污水處理系統(tǒng)前，需對其進行一定的預(yù)處理。鐵碳微電解和芬頓氧化法因氧化性強、處理效率高、不產(chǎn)生二次污染，同時，兼具占地面積小、操作簡單、管理方便等特點適于抗生素廢水的預(yù)處理。但這兩種處理方法對抗生素廢水的處理效果及其適用條件都有待進一步研究。

1 鐵碳微電解及芬頓氧化法基本原理

鐵碳微電解是利用鐵、碳組分自身產(chǎn)生的電位差發(fā)生氧化還原反應(yīng)，對廢水進行電解處理［1］，以達到降解有機污染物和脫色的目的。特別是在有氧的情況下，反應(yīng)生成的Fe（OH）3是活性膠狀絮凝劑［2］，其吸附能力很強，可對水中的懸浮物及其他有色物質(zhì)進行吸附、凝聚共沉淀而除去，從而達到對廢水的凈化效果。

芬頓氧化法是利用“芬頓試劑”進行化學(xué)氧化的廢水處理技術(shù)。芬頓試劑是Fe2+和H2O2組成的氧化體系，該體系在酸性條件下能生成氧化性極強的羥基自由基（·OH），可有效降解有機污染物［3］。同時，F(xiàn)e2+被氧化成Fe3+，產(chǎn)生混凝沉淀作用，去除大量有機物。因此，芬頓氧化法在水處理中具有兩種作用：混凝和氧化［4］。

廢水經(jīng)過鐵碳微電解或芬頓氧化處理后，大分子有機物得以斷鏈開環(huán)、污染物在去除的同時廢水可生化性得以提高，為廢水后續(xù)處理提供了良好的基礎(chǔ)。

2 實驗

2.1 實驗水樣來源及濃度

實驗水樣取自某藥業(yè)公司污水處理站調(diào)節(jié)池出水口，CODcr約3000～5000mg/L、BOD5約500～1000mg/L、pH約為5。由此可見，廢水可生化性較差，廢水水質(zhì)波動較大。

2.2 儀器和藥劑

（1）實驗儀器：500mL燒杯、曝氣裝置、溶解氧瓶、CODcr快速測定儀、溶解氧儀、生化培養(yǎng)箱；

（2）實驗藥劑：硫酸、氫氧化鈉、FeSO4﹒7H2O、H2O2（質(zhì)量分數(shù)30%）、重鉻酸鉀、硫酸-硫酸銀、硫酸汞；

2.3 實驗材料

本實驗使用的材料主要是鐵屑及粉末活性炭，為了消除對實驗的干擾，在實驗前對鐵屑及粉末活性炭均進行了預(yù)處理，預(yù)處理過程如下：

（1）鐵屑：首先用堿液（10%）進行浸泡，再用稀硫酸（3%）進行活化，最后用清水洗凈待用；

（2）粉末活性炭：用水樣反復(fù)浸泡至少30min。

2.4 分析方法

pH采用pHS-3CA型酸度計測試，CODcr采用重鉻酸鉀法測試，BOD5采用稀釋接種法測試。

2.5 實驗方法

（1）鐵碳微電解實驗

在500mL燒杯中加入200mL水樣與一定量的填料（水樣需沒過填料），同時，在燒杯底部放入曝氣裝置進行曝氣；待反應(yīng)結(jié)束，把廢水倒入另外一個燒杯，調(diào)節(jié)pH至堿性（約9～10）進行沉淀，靜置后取上清液進行檢測并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）芬頓氧化實驗

在500mL燒杯中加入200mL水樣，然后投加一定量的FeSO4·7H2O和雙氧水溶液（質(zhì)量分數(shù)30%）。待反應(yīng)結(jié)束，將廢水倒入另外一個燒杯，調(diào)節(jié)pH至堿性（約為9～10）進行沉淀，靜置后取上清液進行檢測并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 鐵碳微電解實驗

（1）鐵碳體積比對廢水CODcr去除率的影響

進水pH調(diào)節(jié)至4、通過調(diào)節(jié)鐵、碳填料的投加量使其體積比分別為1：0、1：1、2：1、3：1時進行為時120min的實驗，實驗結(jié)果見圖1。

圖1 鐵碳比對CODcr去除率的影響

從圖1可以看出，鐵碳比的變化對CODcr的去除率有一定的影響。與未加活性炭時相比，當填料中以1：1比例加入活性炭時，其對CODcr的去除率變化不大，但出水色度明顯降低，水質(zhì)變的清澈。當繼續(xù)提高鐵碳比時，鐵碳微電解對CODcr的去除率也有所提高，在鐵碳比為2：1時，最高可達84.5%。隨著鐵碳比繼續(xù)增大，更多的鐵沒有與碳組成原電池，而是快速溶解從而導(dǎo)致鐵的消耗增多，產(chǎn)泥量也相應(yīng)增加。同時，較多的Fe2+被鼓入的空氣氧化成Fe3+導(dǎo)致出水顏色變深。因此綜合考慮，鐵碳比為1：1時去除效果為最佳。

（2）反應(yīng)停留時間對廢水CODcr去除率的影響

其他條件不變，改變反應(yīng)停留時間進行實驗，實驗結(jié)果見圖2。

從圖2可以看出，CODcr去除率隨著反應(yīng)停留時間的增加而逐漸增大。但以120min為時間節(jié)點，在此之前增加趨勢明顯，在此之后增加趨勢趨于平緩。此外，實驗時發(fā)現(xiàn)，當停留時間大于150min時，出水顏色有加深的趨勢，這可能是因為過多的鐵溶解進入廢水中所致。所以綜合考慮，停留時間控制在120min最好。

圖2 反應(yīng)停留時間對CODcr去除率的影響

（3）進水pH對廢水CODcr去除率的影響

其他條件不變，改變進水pH分別進行實驗，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 進水pH值變化對CODcr去除率的影響

由圖3可知，CODcr的去除率隨著進水pH增大而明顯下降。當進水pH調(diào)至8時，相比初始進水pH，廢水CODcr去除率由48.8%降低至14.7%，降低了34.1%，變化幅度之大。但考慮到實際工程應(yīng)用中，降低pH要消耗大量的酸，而且pH過低，鐵碳反應(yīng)過快，大量的鐵溶解，不但增加了鐵用量，且產(chǎn)泥量也增加，為了盡可能的節(jié)約加酸費用及耗鐵量，進水pH以4為宜。

3.2 芬頓氧化實驗

（1）FeSO4·7H2O投加量對CODcr去除率的影響

調(diào)節(jié)進水pH至4、在水樣中投加10mLH2O2，通過改變FeSO4·7H2O投加量進行為時120min的實驗，結(jié)果見圖4。

圖4 FeSO4·7H2O投加量對CODcr去除率的影響

從圖4可以看出，F(xiàn)eSO4·7H2O投加過多或過少，廢水CODcr去除率均不高，整個曲線呈拋物線狀。這一現(xiàn)象主要是由Fe2+濃度的變化引起，濃度過低，不利于氧化反應(yīng)的進行，單位H2O2產(chǎn)生的·OH較少，氧化效果差，廢水處理效果自然不好；而Fe2+濃度過高時，水樣中就會殘留有部分未參與反應(yīng)的Fe2+，不僅使出水色度增加，而且過量的Fe2+本身對CODcr就有貢獻，則廢水處理效果反而下降。因此，F(xiàn)eSO4·7H2O投加量控制在1.05g較為合適。

（2）H2O2投加量對CODcr去除率的影響

圖5 H2O2投加量對CODcr去除率的影響

其他條件不變，改變H2O2的投加量，使其分別為2、4、10、16、20mL進行實驗，結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，廢水CODcr去除率隨著H2O2投加量的不斷增加而提高。以10mL為節(jié)點，在此之前CODcr去除率增加趨勢明顯，在此之后，變化幅度已不是很明顯甚至還有下降的趨勢。究其原因主要是：H2O2投加量過大，快速地將氧化體系中的Fe2+氧化成了Fe3+，抑制了·OH的產(chǎn)生，對污染物的去除效果自然下降，同時，由于過多Fe3+的存在，還會使出水的色度增加。因此，H2O2的投加量選擇10mL較為合適。

（3）進水pH變化對CODcr去除率的影響

其他條件不變，將進水pH分別調(diào)節(jié)至2、4、6、8時進行實驗，結(jié)果見圖6。

圖6 進水pH值變化對CODcr去除率的影響

從圖6明顯看出，隨著進水pH的變化，CODcr的去除率呈現(xiàn)出不規(guī)則的變化。當進水pH由2增加到4時，CODcr的去除率也隨之增加，而進水pH調(diào)節(jié)至6時則明顯下降，當進水pH調(diào)至8時，CODcr的去除率又有所增加。所以，進水pH以4為宜。

（4）停留時間CODcr去除率的影響

其他條件保持不變，改變停留時間（T=30、60、90、120、150、180、210、240、270、300min）分別進行實驗，結(jié)果見圖7。

圖7 停留時間對CODcr去除效果的影響

從圖7可以看出，在反應(yīng)進行30min后，已表現(xiàn)出很好的去除效果，CODcr的去除率可達到61.4%。但實驗結(jié)束，將出水調(diào)至堿性后，生成的沉淀卻很難下沉，至少需1h才能完全沉降，且出水顏色偏黃，究其原因主要是反應(yīng)不徹底造成的。之后在反應(yīng)停留時間為60min時出現(xiàn)拐點，即CODcr的去除率急劇下降，而當停留時間超過60min后，CODcr的去除率又呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，直至反應(yīng)進行到180min，再延長停留時間，去除率已不再變化?？紤]到實際工程應(yīng)用，芬頓反應(yīng)停留時間選擇120min為最佳。

4 結(jié)論

采用鐵碳微電解及芬頓氧化法對該藥業(yè)公司抗生素廢水進行處理，通過調(diào)節(jié)進水pH、控制反應(yīng)停留時間、合理投加物料或調(diào)節(jié)物料配比，均可取得良好的去除效果。在相同的反應(yīng)時間下，芬頓氧化法的去除效率稍優(yōu)于鐵碳微電解法，但前者的運行成本更高。本次實驗確定了兩種處理方法的最佳反應(yīng)參數(shù)，可為實際處理工程提供一定的依據(jù)，在實際處理工程中，也可考慮將兩種方法聯(lián)用，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，取得更好的廢水處理效果。