Fenton工艺处理制药废水实验研究

摘 要：Fenton试剂可有效的处理废水中难降解的有机物，处理过程主要分为两部分，一为氧化作用，H2O2产生的强自由基OH具有强氧化性，在Fe2+作用下将有机物氧化；Fe2+或Fe2+与OH-结合的沉淀物具有吸附和絮凝的性能，可对废水的有机物和色度进一步处理。

关键词：Fenton试剂 氧化 羟基自由基 制药废水

中图分类号：X703 文献标识码：A

1 引言

某中药厂废水主要来源于中药饮片的浸泡和漂洗废水，每月排放一次，水量为约6－7 m3，一天内排放完毕，水质指标如下：pH：5.4CODcr：947 mg/l NH3-N：1mg/l。

通过分析水质、水量数据，其特点是水量小排放集中，悬浮物较低COD较高，主要为溶解性COD，COD是此类污水的主要污染物，不利于生化工艺的处理，故需采用物化法处理，根据初步试验，不能用絮凝、沉淀或气浮等简单工艺处理，查阅相关文献后决定采用Fenton工艺对该废水进行处理。

2 Fenton工艺的反应机理

2.1氧化机理

Fenton法的氧化反应机理为Fenton 试剂在pH值足够低的条件下,在 Fe2+的催化作用下H2O2就会分解产生·OH自由基,从而引发一系列的链反应，·OH自由基是一种很强的氧化剂，Fenton试剂处理有机物的实质就是·OH自由基与有机物发生反应，使C—C、C=C键断裂，有效的去除COD或提高废水的可生化性。

2.2絮凝机理

Fenton试剂的氧化作用完成后，作为催化剂的铁盐遇OH-会形成Fe(OH)2和Fe(OH)3的沉淀，有效的去除水中的胶体和悬浮物，降低水的色度及COD，使废水达到排放标准要求。

3实验步骤的设计

3.1主要实验操作过程

根据相关文献，影响Fenton工艺处理效果的主要有H2O2的投加量、Fe2+的投加量、反应时间以及pH四个主要因素，设计实验过程如下：首先分别取500ml废水置于烧杯中，首先用H2SO4调节pH值，达到要求后投加FeSO4·7H2O2晶体，搅拌溶解后加入规定量的H2O2(30%)，开启搅拌器搅拌，达到规定的反应时间后，滴加20%NaOH溶液调节混合液的pH到9以上，pH快速上升时停止滴加，停止搅拌。在此过程Fe2+和Fe3+与OH-结合产生Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，向混合液中充入空气约5分钟，此过程作用是使Fe(OH)2氧化生成更容易沉淀的Fe(OH)3，同时吹脱过量的H2O2，以便影响检测的结果。混合液颜色完全变红时加入几滴1‰的聚丙烯酰胺（PAM）溶液，约1min后关闭充气泵，静置沉淀，20min后取上清液测定COD。

3.1主要实验步骤

实验步骤主要包括四个方面，首先在反应时间充分，加药量充分的前提下分析pH值对反应的影响，确定最佳pH值；其次在最佳pH值、反应时间充分、H2O2投加充足的条件下，确定最佳FeSO4.7H2O投加量；然后在最佳pH值、最佳FeSO4.7H2O2投加量、充足反应时间条件下，确定最佳H2O2投加量；最后在最佳pH值，最佳FeSO4.7H2O2和H2O2投加量条件下确定最短反应时间。

3.1.1确定pH值对处理效果的影响

 分别取500ml废水置于6个烧杯中，投加FeSO4·7H2O2g, H2O2(30%)投加量为20ml，反应时间为3小时，用H2SO4溶液将PH分别调节至1、2、3、4、5、6，试验结果见表1：

当水样的pH

3.1.2 FeSO4·7H2O投加量的影响

分别取500ml废水于6个烧杯中，控制pH为4，双氧水30%投加量为20ml，分别投加FeSO4·7H2O晶体1、2、3、4、5、6 g/l，反应时间为3h，试验结果见表2：

通过数据分析，FeSO4·7H2O的最佳投加量为4g/l，投加量过多或过少都会影响OH的产生，废水的处理效果均会下降，其原理在于FeSO4.7H2O是羟自由基捕捉剂，浓度过高，会与产生的OH反应，从而使OH的表观生成速率下降，若溶液中初始FeSO4·7H2O浓度过高，则反应开始时双氧水分解速率过快，迅速产生大量的OH，引起OH自身发生反应：2OH+2OH=2H2O+O2 致使一部份最初产生的OH消耗掉，使CODcr的去除率下降。

3.1.3 H2O2投加量的影响

分别取500ml水样于6个烧杯中，控制pH为3，FeSO4·7H2O的投加量为2g，分别投加不同量的H2O2，反应时间3h，反应结果见表3：

由表4可知，H2O2最佳投加量为30ml/l。H2O2的投加量对该体系的影响较大，投加量过少或过多都不利于OH的产生，废水的处理效果都会下降。

通过多次试验结果可以看出双氧水的投加次数的改变对去除率有一定的影响，当采用一次性投加双氧水时，由于其投加量较多，会产生局部浓度过高的现象，不能使反应顺利进行。在H2O2过量的情况下会发生双氧水与自身产生的OH反应。从而使溶液中的OH降低，Fenton试剂的氧化能力下降。而分别投加，双氧水得到充分利用，去除率明显比一次性投加要好，因此在实际废水处理过程中宜采用分批投加药剂的方法。

3.1.4反应时间的影响

分别取500ml废水于烧杯中，控制pH为3，FeSO4·7H2O投加量为2g，双氧水的投加量为15ml，取不同那个反应时间，后测其CODcr，试验结果见表4：

在最佳条件下用Fenton试剂处理废水，当HRT≤3h 时，CODcr的去除率显著增加，但是当HRT>3h后，CODcr的去除率几乎没有变化，可以确认3h为最佳反应时间。

4 结论

针对本废水，在pH值为3的条件下，投加FeSO4.7H2O 4g/l，在投加H2O2 30ml/l，在匀速搅拌的条件下反应2h，可保证COD得到有效的去除。在投加的过程中，H2O2分多次均匀投加效果更好。

Fenton试剂氧化完毕后，中和、絮凝、曝气和吹脱和沉淀步骤及其重要，否则影响COD的检测效果，COD检测时的干扰将对进而影响实验的结论造成影响。

参考文献

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