Fenton氧化/強化混凝法預處理檳榔廢水的試驗研究

扶海立，楊仁斌，譚秀益

（湖南農業大學資源環境學院，長沙410128）

Fenton氧化/強化混凝法預處理檳榔廢水的試驗研究

扶海立，楊仁斌，譚秀益

（湖南農業大學資源環境學院，長沙410128）

采用Fenton氧化/強化混凝法對湖南某食用檳榔生產排放的廢水進行預處理實驗研究。實驗結果表明:采用Fenton試劑，在初始pH值為5.0，H202投加量為247.5 g/L，Fe2+投加量為1.40 g/L，反應時間為2 h的條件下，CODcr去除率達到88.56%，色度去除率達到83.33%。繼續采用10%的氫氧化鈉對上清液進行強化混凝處理，在調節pH為9.0，反應時間為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荷，達到了良好的預處理效果。

Fenton試劑；強化混凝；檳榔廢水；預處理

引言

利用檳榔原果為原料生產食用檳榔的檳榔廢水具有色度大、酸度高、溫度高、有機物濃度高和可生化性差等特點，是一種典型的難生物降解高濃度有機廢水。由于食用檳榔加工工藝的需要，在檳榔原果清洗、煮制兩道工序中會產生大量廢水［1］，若隨意排放，會造成嚴重的環境污染。湖南是全國最大的食用檳榔產銷地［2］，食用檳榔生產加工企業數百家，但檳榔廢水處理真正達標排放的卻不多，因為在工程上實現檳榔廢水達標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，對檳榔廢水進行預處理實驗，其結果是CODcr和色度的去除率都不到10%，且活性炭用量大、費用高。因此探尋適用的處理工藝對保護區域環境具有重要的現實意義。

Fenton試劑被廣泛應用于處理難降解有機工業廢水，與其它高級氧化技術相比，Fenton氧化技術具有快速高效、可產生絮凝、設備簡單、技術要求較低的優點，在工業廢水處理中得到了廣泛的發展和應用［3-5］。Fenton試劑是Fe2+和H2O2的結合，二者反應生成具有高反應活性和很強氧化能力的羥基自由基·OH，·OH無選擇性，能與大多數有機物作用使其降解以至礦化［6］。本實驗采用Fenton試劑處理難生物降解的檳榔廢水，盡可能的消減污染負荷，提高廢水可生化性。

1 實驗部分

1.1 檳榔廢水水質

實驗所用廢水取自湖南某食用檳榔生產車間排放的煮籽廢水，其水質指標見表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。

1.2 分析指標及方法

CODcr值∶采用重鉻酸鉀法測定；色度∶采用稀釋倍數法測定［7］；pH值∶采用上海精科產雷磁PHS-3C型精密pH計測定。

1.3 試劑

H2O2（質量分數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），使用時用蒸餾水配成質量分數10%水溶液。

1.4 實驗儀器

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

1.5 實驗方法

試驗過程分兩步進行，廢水經自然冷卻后，首先利用Fenton試劑去除廢水中大量的有機物，表現為CODcr和色度的大幅度下降，確定Fenton氧化反應的最佳反應條件后取上清液再進行強化混凝試驗，探討強化混凝實驗最佳pH值，以進一步脫色和削減CODcr。

具體步驟是∶實驗在MY3000-6H智能型混凝攪拌儀進行，取廢水200 mL于500 mL燒杯中，調節pH值，攪拌時先加入一定量的FeSO4·7H20，然后緩慢加入一定量的H202（30%），反應2 h，靜置沉淀適當時間后測上清液的CODcr和色度。

確定實驗最佳反應條件后，取2 L廢水進行放大實驗，取上清液200 mL，用氫氧化鈉（10%溶液）調節pH為4、5、6、7、8、9、10、11共八個梯度做強化混凝實驗，反應10 min，靜置沉淀30 min后測上清液CODcr和色度。

2 實驗結果與討論

2.1 Fenton試劑處理檳榔廢水最佳參數

2.1.1硫酸亞鐵（Fe2+）投加量對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2 h，沉淀1 h的條件下，探討不同Fe2+的投加量對廢水CODcr去除率和色度的影響，結果如圖1所示。由圖1可知，Fe2+對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Fe2+達到1.40 g/L時開始下降，因為Fe2+投加量大于一定量時，H2O2分解速度加快，生成的·OH游離基來不及與廢水中的有機物反應，就轉變成O2釋放出來。在實驗中表現為有大量氣泡產生，從而使部分H2O2無效分解，使CODcr去除率下降，且過量的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Fe2+達到1.6 g/L時增速急劇加大，這可能是體系中Fe2+和Fe3+的顏色所導致的。綜合考慮CODcr去除率和色度兩項指標，取1.40 g/L作為Fe2+投加量。

2.1.2 H2O2投加量對CODcr去除率和色度的影響

Fe2+的投加量為1.40 g/L，固定其它反應條件，改變H2O2的投加量，探討不同H2O2投加量對廢水CODcr去除率的影響，結果如圖2所示。由圖2可知，隨著H2O2投加量的增加，CODcr去除率趨勢是先增后降，色度則是先降后平再增。H2O2投加量在250 mL/L時CODcr去除率到達峰值，色度也是最低值，這是由于增加H2O2的用量一方面產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，造成H2O2自身無效分解，導致羥基自由基和H2O2的雙重浪費；過多的H2O2還可以氧化二價的鐵生成三價的鐵，抑制羥基自由基的形成，且增加了出水的色度。故確定實驗H2O2的最佳投加量為247.5 g/L。

2.1.3初始pH值對CODcr去除率的影響

H2O2的投加量取247.5 g/L，Fe2+投加量取1.40 g/L，固定其它反應條件，用10%氫氧化鈉調節廢水pH值，考察廢水不同初始pH值對CODcr去除率和色度的影響，結果如圖3所示。由圖3可知，pH≤5時，CODcr和色度的去除率隨著pH增加而增加，但當pH＞5時將阻礙CODcr和色度的去除，此時不僅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和色度兩項指標，確定實驗的最佳pH值為5。鑒于廢水的高酸性及廢水處理的經濟性，若在工程應用時，做Fenton氧化預處理時可無需調節廢水的pH值。

2.2 強化混凝處理廢水實驗條件的確定

在確定Fenton最佳反應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250倍。因此第二步混凝的任務是脫色和進一步去除CODcr。Fe2+是Fenton試劑中自由基產生的催化劑，同時Fe2+和H2O2反應可以生成Fe3+，而鐵鹽是常見的混凝劑，作為單純的混凝劑其反應pH值為4～11，Fenton法被學者稱為“強化的混凝過程”［8］。但由于Fenton反應最佳條件時出水的pH值過低，其混凝效果受到抑制，需通過調節pH值實現強化混凝。通過初步的實驗和藥劑篩選對比，選用10%氫氧化鈉調節上清液的pH值做強化混凝實驗，探討不同pH對上清液的處理效果，實驗結果如圖4所示。由圖4可知，隨著pH值升高，色度越來越低，CODcr去除率則是先升后降，在pH值為9時，CODcr去除率達到最大值，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左右時開始沉淀，從而極大的去除了由亞鐵離子帶來的色度，同時鐵鹽在此時也達到了最佳的混凝效果。

3 結論

（1）Fenton試劑氧化/強化混凝法預處理成分復雜、難以生物降解的檳榔廢水，具有良好的效果。經過氧化混凝兩步處理，色度去除率可達98.67%，CODcr去除率可達88.56%。極大的消減了污染負荷，為后續生化處理創造了條件。

（2）檳榔廢水的預處理分為兩步。第一步，Fenton氧化最佳反應條件為∶初始pH值為5，H2O2用量為225 mL/L，Fe2+加入量為1.40 g/L，反應時間為1 h。第二步，強化混凝的最佳pH值為9。

（3）Fenton氧化/強化混凝法預處理檳榔廢水，具有去除率高、設備簡單和操作方便等優點。

［1］蔡彩虹.檳榔廢水處理方法的實驗研究［D］.長沙:湖南大學'2011.

［2］曾琪.檳榔化學成分的研究［D］.長沙:中南林業科技大學'2007.

［3］陽立平'肖賢明.Fenton法在焦化廢水處理中的應用及研究進展［J］.中國給水排水'2008'42(18）:9-13.

［4］張魁鋒'李燕.Fenton氧化技術的應用研究進展［J］.廣州化工'2013'41(11）:36-39.

［5］邢立淑'張聰'法蕓'等.Fenton試劑氧化處理含丙烯晴廢水［J］.合成橡膠工業'2013'36(3）:194-197.

［6］馬強.Fenton試劑在處理難降解工業有機廢水中的應用［J］.工業用水與廢水'2008'39(1）:27-30.

［7］國家環保局和廢水檢測分析方法編委會.水和廢水監測分析方法［M］.北京:中國環境科學出版社' 2002.

［8］Hsueh C L'Huang Y H'Wang C C.Degraduation of azo dyes using low iron concentration of Fenton and Fentonlike system［J］.Chemosphere'2005'58(10）:1409-1414.

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，Fe2+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

國家自然科學基金重大項目（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