Fenton氧化法處理有機廢水的研究

（青島科技大學化工學院，山東青島266042）

20世紀以來，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，在其生產過程中所排放出來的廢水對環(huán)境的污染也日益加劇，給人類健康帶來了嚴重的威脅[1～3]。醫(yī)藥廢水成分復雜，COD很高，色度和毒性大，往往含有種類繁多的有機污染物質，這些物質中有不少屬于難生化降解的物質，可在相當長的時間內存留于環(huán)境中[4～6]。對于這些種類繁多、成分復雜的有機廢水的處理，仍然是目前國內外水處理的難點和熱點。

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

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

實驗儀器：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（鄭州長城科工貿有限公司）；FA1204B電子天平、PHS-3D型pH計、曝氣裝置（上海精密科學儀器有限公司）。

試劑：30%過氧化氫（萊陽經濟技術開發(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，煙臺三和化學試劑有限公司）；重鉻酸鉀(分析純，天津廣成化學試劑有限公司)；硫酸亞鐵銨（分析純，天津市北方天醫(yī)化學試劑廠）；有機廢水樣品（山東青島某制藥廠制藥廢水）

1.2 廢水的來源及性質

實驗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物質及其他雜質，經檢測，其COD為14408mg/L，pH為8～9。

1.3 實驗方法

1.3.1 Fenton實驗

量取1L有機廢水，用鹽酸和NaOH調至pH為4。加入一定量的FeSO4和30%的H2O2。曝氣反應一段時間后，調節(jié)pH至堿性，絮凝沉淀，取上層清液測定COD。

1.3.2 COD測定實驗

COD的值采用重鉻酸鉀法測定(GB/T 11914-1989)[10],本國標適用于COD值高于30mg/L的大多數水體。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 結果與討論

2.1 入水pH對Fenton氧化法處理廢水效果的研究

量取1L有機廢水，用鹽酸和NaOH分別調節(jié)pH至2、3、3.5、4、4.5、5、6、7。加入30%的H2O24mL，Fe-SO40.5g。曝氣反應40min后，調節(jié)pH至9，絮凝沉淀，取上層清液測定廢水的COD值，計算COD祛除率。結果見圖1。

圖1 入水pH對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，COD祛除率逐漸上升，在pH為4達到最大值，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H2O2的分解有很大的影響。在酸性條件下，H202中生成.OH的反應動力學常數最高。但對不同的廢水，其適宜的pH范圍也不盡相同[11]。而當pH過低時，溶液中的H+濃度過高，反應受到抑制，催化反應受阻，從而影響Fento試劑的氧化能力。

2.2 過氧化氫用量對Fenton氧化法處理廢水效果的研究

量取1L有機廢水，用鹽酸和NaOH調節(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。計算COD祛除率，結果見圖2。

圖2 過氧化氫用量對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，COD祛除率達到最大值，為45.41%。然而在過氧化氫量超過最佳用量時，COD去祛除率反而下降。

在一定范圍內，隨著H2O2濃度的增加，有機物的去除率增加，當去除增加到一定程度后，繼續(xù)增加H2O2的量，有機物的去除率變化緩慢，并且有降低的趨勢。這主要是因為發(fā)生了副反應，消耗了H2O2，并且抑制了.OH 的產生，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Fenton氧化法處理廢水效果的研究

量取1L有機廢水，用鹽酸和NaOH調節(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。計算COD祛除率，結果見圖3。

圖3 硫酸亞鐵用量對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，COD祛除率達到最大值，為45.19%。然而，當硫酸亞鐵越來越多時，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，沉淀較多，浪費了過多的堿，增加了成本。

2.4 反應時間對Fenton氧化法處理廢水效果的研究

量取1L有機廢水，用鹽酸和NaOH調節(jié)pH至4。其他條件同 2.1，分別曝氣反應 10、20、30、40、50、60、70、80min后，計算COD祛除率。結果見圖4。

圖4 反應時間對Fenton氧化法處理廢水效果的影響

由圖4可知，隨著反應時間的延長，COD祛除率先升高后降低，在反應時間為40min時，COD祛除率達到最大值，為45.18%。但并不是時間越多越好，當超過40min時，COD祛除率反而下降。這可能是由于時間過長，Fenton反應已經很徹底，增加時間反而會使廢水返色，增加了COD，也增加了時間成本。

2.5 曝氣對Fenton氧化處理效果的研究

量取1L有機廢水，用鹽酸和NaOH調節(jié)pH至4。分別進行曝氣反應和不曝氣反應，其余條件同2.1。計算COD祛除率，結果為不曝氣時，COD祛除率是42.11%、曝氣時COD祛除率是45.10%。

曝氣處理有利于Fenton氧化處理。這是因為曝氣會起到攪拌的作用，使反應更加徹底。

3 結論

Fenton氧化法對有機廢水具有比較好的處理效果，在出水pH為9，反應時間為40min，H2O2用量為4mL/L，FeSO4含量為0.5g/L，間歇曝氣的情況下，COD祛除率達到45%以上。

Fenton試劑自動產生H2O2的機制較完善，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污染物具有明顯的優(yōu)勢，是一種具有實用潛力的廢水處理技術，在有機廢水處理領域會得到更廣泛的應用。

[1]陳曉剛,黃志佩.Fenton高級氧化-鐵碳微電解處理難降解有機廢水的研究[J].廣東化工,2013,40(14):244-246.

[2]肖宏康,肖書虎,宋永會,等.含銅黃連素廢水的鐵碳微電解預處理及銅回收研究[J].環(huán)境工程技術學報,2011,1(1):15-19.

[3]王煜乾,李勝,何媛君.鐵炭還原法預處理難降解有機化工廢水[J],應用化工,2009,38(7):1049-1052.

[4]李厚玲.鐵碳微電解工藝處理煉油堿渣的實驗研究[J].環(huán)境保護工程,2012,30(6):119-123.

[5]馮輝霞,張娟,張婷.表面活性劑廢水處理技術應用研究進展[J].應用工,2011,40(10):1828-1832.

[6]張默賀,葉正芳,趙泉林,等.鐵碳微電解預處理TNT紅水[J],環(huán)境工程學報,2012,6(9):3115-3120.

[7]Thuong P T,Lee C H,Dao T T,et al.Triterpenoids from the protein tyrosine phosphatase 1B[J].Journal of Natural Products,2008,71(10):1775-1778.

[8]張國珍,宋文艷,武福平.Fenton氧化法處理煉化企業(yè)二級出水的研究[J].工業(yè)水處理：2013,33（4）:21-24.

[9]姚偉卿,譚海劍.Fenton氧化法處理造紙廢水的研究進展[J].廣東化工,2013,40(4):107-108.

[10]國家環(huán)保局國家環(huán)保局編委會.水和廢水檢測分析方法（第4版）[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2002.

[11]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.