Fenton氧化法在工業有機廢水處理中的試驗研究

收稿日期：2023-11-03

作者簡介：袁璽（1992—），男，浙江寧波人，工程師。研究方向：環境工程設計。

摘要：工業有機廢水具有很高的化學需氧量（COD），潛在污染風險大，已對生態環境構成嚴重挑戰。本研究采用Fenton氧化法處理工業有機廢水，通過單因素試驗和正交試驗分析FeSO4·7H2O用量、H2O2用量和pH對COD去除率的影響。結果表明，Fenton氧化法能夠有效去除工業有機廢水中的COD，最佳工藝條件下，FeSO4·7H2O用量為0.5 g，H2O2用量為2.0 mL，pH為3，COD去除率最佳。本研究為工業有機廢水的高效處理提供有力支持。

關鍵詞：Fenton氧化；工業有機廢水；處理；COD

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.006

Experimental Study on Fenton Oxidation Method in Industrial Organic Wastewater Treatment

YUAN Xi1， LI Qing2

（1. SINOMACH TDI International Engineering Co.， Ltd.， Beijing 100083， China;

2. Hefei University of Technology， Hefei 230009， China）

Abstract： Industrial organic wastewater has a high chemical oxygen demand （COD） and a high potential pollution risk， posing a serious challenge to the ecological environment. This study uses Fenton oxidation method to treat industrial organic wastewater， and analyzes the effects of FeSO4·7H2O dosage， H2O2 dosage， and pH on COD removal rate through single factor and orthogonal experiments. The results show that Fenton oxidation method can effectively remove COD from industrial organic wastewater， under the optimal process conditions， the optimal COD removal rate is achieved with a FeSO4·7H2O dosage of 0.5 g， H2O2 dosage of 2.0 mL， and pH of 3. This study provides strong support for the efficient treatment of industrial organic wastewater.

Keywords： Fenton oxidation; industrial organic wastewater; treatment; COD

工業有機廢水是工業生產過程中產生的一種復雜廢水，其中包含大量有機物質，其含有很高的化學需氧量（COD），對環境造成嚴重污染[1]。COD是衡量水體中有機物污染程度的重要參數，高COD意味著水體中存在大量難以降解的有機物質，這對水環境和生態系統產生不可忽視的危害。因此，尋找一種有效的方法來處理工業有機廢水，減少其COD，對環境保護具有重要意義[2]。Fenton氧化法是一種廣泛用于廢水處理的高效氧化方法，其原理是在酸性條件下，將FeSO4·7H2O和H2O2引入廢水中，產生大量羥基自由基，對有機物質進行氧化分解[3]。然而，Fenton氧化法的效果受到多個因素的影響，包括FeSO4·7H2O用量、H2O2用量、pH等。本研究采用Fenton氧化法處理工業有機廢水，并通過單因素試驗和正交試驗確定最佳處理條件[4]。

1 試驗部分

1.1 試驗材料和儀器

試驗使用的工業有機廢水樣品采自某工業生產過程的廢水收集池，其COD較高，工業有機廢水基本參數如表1所示。主要試劑有FeSO4·7H2O（分析純）、H2O2（分析純）和NaOH（分析純，pH調節劑），均由國藥集團化學試劑有限公司生產。主要儀器有

3種。一是pH計，型號為PHS-3C，由上海博取儀器有限公司生產；二是COD快速測定儀，型號為

DL-500，由青島動力偉業環保設備有限公司生產；三是智能消解儀，型號為6B-12，由江蘇盛奧華環保科技有限公司生產[5]。

1.2 試驗方法

采用Fenton氧化法處理工業有機廢水，開展單因素試驗。準確量取工業有機廢水100 mL，用蒸餾水定容于1 000 mL容量瓶中，待用；準確稱量一定量FeSO4·7H2O，加入1 000 mL容量瓶中，定容，待用；用移液管準確量取一定量濃度30%的H2O2，加入1 000 mL容量瓶中，定容，待用；加入NaOH調節pH；在一定溫度下攪拌，反應一定時間；測定COD，計算COD去除率。選取兩個影響因素進行正交試驗，確定最優試驗條件。

2 結果與討論

2.1 FeSO4·7H2O用量對COD去除率的影響

工業有機廢水pH為3，H2O2加入量為2.0 mL，反應溫度為50 ℃，反應時間為60 min時，投加不同質量（0.25 g、0.50 g、0.75 g、1.00 g、1.25 g、1.50 g）的FeSO4·7H2O進行試驗。反應結束后，采樣并測定COD濃度，計算COD去除率，考察FeSO4·7H2O用量對COD去除率的影響。單因素試驗結果如圖1所示。

從圖1可知，當FeSO4·7H2O用量從0.25 g增加至1.50 g時，COD去除率表現為先增加后降低的趨勢。當FeSO4·7H2O用量為0.50 g時，COD去除率達到最高，為87.1%；FeSO4·7H2O用量為0.50 g后，進一步增加FeSO4·7H2O用量，COD去除率反而降低。FeSO4·7H2O用量的增加會使得廢水中的Fe2+增加，相應的羥基自由基增加，COD去除率提高；FeSO4·7H2O過多時，過高的Fe2+會消耗產生的羥基自由基，導致廢水中的氫氧化鐵過多，羥基自由基還沒有來得及與廢水中的有機物進行氧化反應就被消耗，COD去除率降低，FeSO4·7H2O用量過大會抑制Fenton氧化反應。

2.2 H2O2用量對COD去除率的影響

工業有機廢水pH為3，FeSO4·7H2O用量為0.5 g，反應溫度為50 ℃，反應時間為60 min時，加入不同質量（0.25 mL、0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、

2.5 mL、3.0 mL）的H2O2（濃度30%）進行試驗。反應結束后，采樣并測定COD濃度，計算COD去除率，考察H2O2用量對COD去除率的影響。單因素試驗結果如圖2所示。

從圖2可知，當H2O2用量從0.25 mL增加至

3.0 mL時，COD去除率表現為先增加后降低的趨勢。當H2O2用量為2.0 mL時，COD去除率達到最高，為78.8%；H2O2用量為2.0 mL后，進一步增加H2O2用量，COD去除率反而降低。當H2O2用量達到一定值時，再增加H2O2用量會導致H2O2與羥基自由基和Fe2+分別進行反應，生成氧氣和Fe3+，消耗羥基自由基和Fe2+，部分H2O2發生無效分解，COD的去除率降低，FeSO4·7H2O用量過大抑制Fenton氧化反應。

2.3 pH對COD去除率的影響

FeSO4·7H2O用量為0.5 g，H2O2用量（濃度30%）為2.0 mL，反應溫度為50 ℃，反應時間為

60 min時，加入NaOH調節工業有機廢水pH（1、2、3、

4、5、6）進行試驗。反應結束后，采樣并測定COD濃度，計算COD去除率，考察pH對COD去除率的影響。單因素試驗結果如圖3所示。

從圖3可知，當工業有機廢水pH從1增加至

6時，COD去除率表現為先增加后降低的趨勢。當pH為3時，COD去除率達到最高，為84.8%；

pH為3后，進一步調高pH，COD去除率反而降低。溶液中pH大小決定Fe2+與Fe3+的平衡。pH較小時，H2O2在酸性狀態下生成穩定的H3O2+，羥基自由基濃度降低，COD去除率下降；pH較高時，H+會與生成的羥基自由基發生反應，羥基自由基濃度降低，同時H2O2易被分解為H2O和O2，降低COD的去除率。

2.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選取pH、固液比（Fe2+質量與H2O2體積的比值）進行2個因素和4個水平的正交試驗，如表2所示。pH對試驗結果的影響大于固液比，最優工藝條件下，pH為3，固液比為1∶4。

3 結論

本研究采用Fenton氧化法處理工業有機廢水，通過單因素試驗和正交試驗確定最佳工藝條件。單因素試驗結果表明，FeSO4·7H2O用量、H2O2用量、pH都對COD去除率有顯著影響。最佳工藝條件下，FeSO4·7H2O用量為0.5 g，H2O2用量為2.0 mL，pH為3.0，此時COD去除率達到最高。正交試驗結果表明，兩個因素對試驗結果的影響大小排序為：pH＞固液比。最優工藝條件下，pH為3，固液比為1∶4。

參考文獻

1 馬 林，張 燕，秦岳軍，等.堿解-Fenton氧化預處理滅多威生產廢水[J].化工環保，2023

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2 許嗣鼎，高 崇.三維電極-電Fenton技術處理難降解廢水研究進展[J].遼寧化工，2023（6）：857-859.

3 梁鴻霞，李 濤.Fenton法處理化學實驗室有機廢水[J].四川冶金，2023（3）：5-9.

4 李治霖，蘇佳娜，丁 偉.標準Fenton氧化處理化工廠實驗室有機廢水的研究[J].煤化工，2023（2）：37-40.

5 朱汝平，楊 達，李昊洋，等.Fe0/氧化石墨烯強化Fenton體系處理農藥中間體廢水[J].化工科技，2023（2）：29-33.