總磷對Fenton 氧化法處理工業廢水的影響研究

卞為林 張威 王林剛(1.南京大學鹽城環保技術與工程研究院，江蘇 鹽城 22400；2.江蘇省產業技術研究院水環境工程技術研究所，江蘇 鹽城 22400)

0 引言

廣東某鋰電池電極材料生產企業，為順應企業發展要求，建設了鋰電池正極材料，主要包括：三元材料前驅體，磷酸鐵鋰，磷酸錳鐵鋰等，該正極材料屬于高端的精細化學品，因此其生產過程中排放了大量含有正磷酸鹽、重金屬錳、鋰等污染物的有毒有害工業廢水。該工業廢水的排放，導致原污水處理系統出水指標TP 和COD 超標。與此同時，當地政府要求企業污水處理站全面提標改造，要求企業出水主控指標滿足廣東省《水污染物排放限值》(DB 44/26—2001)第二時段一級標準，因此如何對該企業原有污水處理站處理工藝進行調整優化是該企業面臨的一個比較迫切的難題，本研究的研究成果對該企業的污水處理站的升級改造提供了一些建設性的建議。

1 實驗部分

1.1 材料與試劑

所有藥品均采購自國藥集團化學試劑有限公司。試驗廢水來自廣東某鋰電池電極材料生產企業排放池廢水，COD：421.2mg/L，NH3-N：8.3mg/L，TP：121.2mg/L。

1.2 測試分析方法

水質指標均按照《水和廢水監測分析方法》(第四版)分析方法進行檢測。

1.3 COD與TP的去除

取一定量廢水300mL，加入一定量的氫氧化鈣，硫酸調節pH，加入定量的雙氧水、七水合硫酸亞鐵，室溫條件下反應一定時間后結束用氫氧化鈣調節至pH 為8左右，測定廢水中COD及TP，計算污染物指標的去除率d：d=c/c0=1-ct/co，式中，c0、c、ct分別為初始、去除及反應t 時刻污染物指標濃度。

2 結果與討論

2.1 TP對Fenton氧化過程中COD去除率的影響

取300mL 廢水，通過投加不同量的氫氧化鈣來控制廢水中總磷的含量，然后投加稀硫酸調節pH 為3，投加0.45g 七水硫酸亞鐵，溶解后再投加0.9mL 雙氧水，反應3h 后氫氧化鈣中和至pH 為8，測試廢水中COD 及TP 的含量。

根據圖1所示，廢水中總磷的含量直接影響Fenton 氧化工藝對該工業廢水COD 的去除效率。廢水中總磷含量越高，該廢水COD 的去除效率越低，當廢水中總磷的含量高于100mg/L 時，COD 的去除率降低至10%以下，而當總磷低于20mg/L，該廢水COD 的去除效率高于80%以上。當七水硫酸亞鐵投加后，溶解的Fe2+與PO43-立刻發生反應，生成Fe3(PO4)2，其溶度積Ksp=1.0×10-36，因此該反應較為迅速，導致Fenton 反應體系中催化雙氧水產生·OH 的亞鐵離子催化劑迅速減少，表現為廢水COD 的去除率降低。

圖1 不同TP濃度下Fenton氧化法對COD去除率的影響

2.2 pH對Fenton氧化催化效果的影響

反應過程如2.1，通過投加過量的氫氧化鈣來控制廢水中總磷的含量低于0.5mg/L，然后投加稀硫酸調節不同pH，其他參數如2.1所述，測試廢水中COD 及TP 的含量。

根據圖2所示，Fenton 氧化體系中反應pH 直接影響廢水COD 的去除。當pH 范圍高于4后，廢水COD 的去除率低于50%以下，出水COD 大概200mg/L 左右，不滿足該企業提標排放標準要求。當Fenton 氧化體系中pH 低于3，COD 的去除率高于80%以上，COD 低于90mg/L 以下，滿足企業提標排放標準。

圖2 pH對Fenton氧化法對COD去除率的影響

2.3 雙氧水投加量對催化效果的影響

反應體系步驟及參數參考2.2，改變廢水雙氧水投加量參數，測試廢水中COD 及TP 的含量。

根據圖3所示，Fenton 氧化體系中雙氧水的投加量直接影響廢水COD 的去除。針對該廢水，當雙氧水的投加量高于3mL/L時，該廢水COD 的去除率穩定高于80%，出水COD 的含量低于90mg/L，滿足企業提標排放標準。

圖3 雙氧水對Fenton氧化法對COD去除率的影響

2.4 硫酸亞鐵投加量對催化效果的影響

反應體系步驟及參數參考2.2，改變廢水七水硫酸亞鐵投加量參數，測試廢水中COD 及TP 的含量。

根據圖4所示，Fenton 氧化體系中硫酸亞鐵的投加量直接影響廢水COD 的去除。針對該廢水，當雙氧水的投加量高于1.5mg/L 時，該廢水COD 的去除率高于80%，出水COD 的含量低于90mg/L，滿足企業提標排放標準。當七水硫酸亞鐵的投加量過高時候，會導致固廢產量增加，導致處理成本增加，因此合理的雙氧水及硫酸亞鐵投加量要平衡廢水水質的去除效果和二次污染以及處理成本之間的利弊關系。

圖4 硫酸亞鐵對Fenton氧化法對COD去除率的影響

3 結語

針對該鋰電池電極材料生產企業工業廢水而言，其處理工藝路線如下：鈣法沉淀+Fenton 氧化工藝處理，氫氧化鈣投加量0.55g/L，雙氧水3mL/L，七水硫酸亞鐵1.5g/L，反應pH 為3，反應3h，其出水COD 低于90mg/L，TP 低于0.5mg/L，出水主控指標滿足廣東省《水污染物排放限值》(DB 44/26—2001)第二時段一級標準。

廢水中總磷的含量直接影響Fenton 氧化工藝對該工業廢水COD 的去除效率。當廢水中總磷的含量高于100mg/L 時，COD 的去除率降低至10%以下，而當總磷低于20mg/L，該廢水COD 的去除效率高于80%以上。