Fenton 試劑處理啤酒廢水FeSO4·7H2O投加量的研究

陸少云

（潮州市環境保護研究所 廣東潮州 521011）

此論文的研究方向主要是化學氧化法，即研究Fenton試劑處理啤酒廢水的條件。而研究的對象是過氧化氫+亞鐵離子（H2O2+Fe2+）系統處理啤酒廢水，探討該系統的氧化條件。影響該系統氧化的因素主要是pH值、亞鐵離子投加量與過氧化氫投加量之比、過氧化氫投加量與有機物濃度之比、反應時間以及反應溫度。由于實驗條件的限制，文章只研究亞鐵離子的投加量、過氧化氫的投加量和pH值對Fenton體系氧化特性的影響。

1 本實驗的理論依據

1.1 反應機理

Fenton試劑之所以具有很強的氧化能力，是因為其中含有Fe2+和H2O2，H2O2被亞鐵離子催化分解生成羥基自由基（·OH），并引發其他更多的自由基，其反應機理如下：

其關鍵是通過亞鐵離子在反應中起催化激發和傳遞作用，使鏈反應能持續進行至過氧化氫耗盡。Fenton試劑處理有機物的實質就是羥基自由基與有機物發生反應。對于啤酒中的多元醇以及淀粉、蔗糖、葡萄糖之類的碳水化合物，在·OH作用下，分子結構中各處發生脫H（原子）反應，隨后發生C-C鍵的開裂，最后被完全氧化為CO2，其COD可得到大大降低。對于啤酒中的飽和脂肪類一元醇（乙醇等）和飽和脂肪族羥基化合物，即主鏈為穩定的化合物，·OH只能將其氧化成羧酸，雖然COD去除率低，但是可以提高廢水的生化性，有利于進行后續生化處理。

1.2 FeSO4·7H2O 投加量

FeSO4·7H2O是催化過氧化氫生成羥基自由基（·OH）最常用的催化劑。與過氧化氫相同，一般情況下，隨著Fe2+用量的增加，廢水COD的去除率先增大，而后呈下降趨勢。其原因是：在Fe2+濃度較低時，Fe2+的濃度增加，單位H2O2產生的羥基自由基全部參與了與有機物的反應：當Fe2+的濃度過高時，部分H2O2發生無效分解，釋放出O2。

2 實驗情況

2.1 儀器與藥品

COD快速測定儀、磁力攪拌器、PH酸度計、回流管、圓底燒瓶、500mL燒杯、100mL燒杯、50mL燒杯、各刻度的移液管、精密PH試紙等

0.111 g/mL 的 FeSO4.7H2O、30%的 H2O2、10% H2SO4、10%NaOH、淀粉（分析純）、磷酸氫二鉀（分析純）、氯化銨（分析純）、珠江啤酒、Q試劑、F試劑

2.2 COD 測試方法

本論文COD的測試方法有兩種：快速測定法和傳統的回流法。快速測定法具有快速、方法步驟簡單的特點，而傳統回流法則準確性較高。本實驗用得最多的是COD快速測定法。具體過程如下：打開消解器，讓其預熱。取水樣2.5mL于消解管中，加入0.7mLQ試劑，等消解器溫度升到165℃左右時加入4.8mLF試劑，同時以蒸餾水代替水樣重復以上操作作為空白。然后將水樣管及空白管消解10min，然后取出，空氣冷卻2min，各加入2.5mL蒸餾水，在水中冷卻至室溫，在5B-3型COD快速測定儀（分光光度計）比色測定CODcr。

2.3 篩選FeSO4·7H2O 的最佳投加量試驗

分別取250mL廢水樣于5個500mL燒杯中，測得原水的PH值為6.5-7左右，然后分別加入0.111g/mL的FeSO4·7H2O5ml、7.5mL、10mL、12.5mL、15mL，分別固定加入1mL的30%H2O2。放于磁力攪拌器上等速攪拌反應45min。然后靜置20min，各取上層清液2.5mL做COD測試。根據測試結果篩選COD去除率最高的FeSO4·7H2O最佳投加量是12.5mL。

3 結果與討論

FeSO4.7H2O投加量的試驗結果如圖1所示

圖1 FeSO4.7H2O 投加量對COD 去除率的影響

從圖1可明確地看出隨著FeSO4.7H2O投加量的增加，COD的去除率也隨著增高。但是當FeSO4.7H2O投加量增加到12.5mL以后，盡管FeSO4.7H2O投加量再增加，COD去除率并沒有增高，反而有所降低。所以，濃度為0.111g/mL的FeSO4.7H2O的最佳投加量為12.5mL，即5.55g/L（廢水）。但是隨著FeSO4.7H2O投加量的增加，反應系統中出現的紅棕色也增多

4 結語

實驗表明，Fenton試劑的處理效果在FeSO4·7H2O投加量5.55g/L時，啤酒廢水COD去除率較高，可達70%。其具有氧化分解速度快、氧化速率較高的優點。但是，Fenton系統也存在許多問題:亞鐵離子濃度大，處理后的水帶有黃棕色沉淀；還有一部分亞鐵離子與過氧化氫反應降低了過氧化氫的利用率。

其對啤酒廢水中COD的去除率最高可達50%以上。如果單獨作為一種處理方法來處理啤酒廢水，與生化法處理啤酒廢水相比，從經濟效益上看，Fenton試劑處理啤酒廢水的成本比生化法高。所以作為預處理的方法與生化法聯用，可以降低處理成本，拓寬Fenton試劑的應用范圍。