Fenton试剂氧化制药废水的预处理方法研究

汤 波

（陕西理工学院，陕西 汉中 723001）

Fenton试剂氧化制药废水的预处理方法研究

汤 波

（陕西理工学院，陕西 汉中 723001）

采用化学方法作为制药废水预处理方法，可以解决生物处理处理制药废水时遇到的不少问题。通过实验研究Fenton试剂在常压下试剂配比、投加量、氧化时间、温度等因素对制药废水预处理效果的影响，发现其氧化规律，确定最佳工艺条件。

制药废水;Fenton试剂;预处理

随着国民经济的发展，医药工业也有了飞速的发展。目前我国已能生产原料药近万种，年产量百万吨制药工业生产的发展带来了排废的增加。制药工业的“三废”污染危害主要来自原料药生产。制药工业废水属于较难处理的高浓度有机污水之一，COD 一般达 1000～3000mg·L－1，SS 达500～1500mg·L－1，因药物产品不同、生产工艺不同而差异较大[1]。此外，制药厂通常是采用间歇生产，产品的种类变化较大，造成了废水的水质、水量及污染物的种类变化较大。制药废水具有有机污染物含量高、毒性物质多、有机溶媒量大、难生物降解物质多、盐分高的特点，是一种危害很大的工业废水。由于制药废水普遍具有浓度高、色度深、可生化性较差的特点，一般通过预处理以提高废水的可生化性和初步去除污染物，再结合生化处理。所以采用化学方法进行预处理可以解决生物处理制药废水时遇到的不少问题。

1 实验方案分析

用氧化降解的方法对制药废水进行预处理研究。通过实验研究Fenton试剂在常压下试剂配比、投加量、氧化时间、温度等因素对制药废水预处理效果的影响，发现其氧化规律，确定最佳工艺条件。

2 Fenton试剂处理制药废水

2．1 单因素试验结果分析

分别考察反应时间、反应温度、Fenton试剂投加量和Fenton试剂配比 （FeSO4与H2O2体积比）对制药废水的COD值的影响。

2．1．1 反应时间的影响

反应进行到5min时，COD的去除率就达到了68．9%，说明Fenton试剂在反应开始阶段的速率很快;在反应的前60min内，有机物的去除率随时间而不断提高，表明反应速率基本稳定，有机物和Fenton试剂浓度足以维持较快的反应速率，大量的有机物被氧化。当时间超过60min后，有机物的去除效果不是很明显，说明Fenton试剂预处理制药废水60min就基本完成。化学反应进行的程度，在反应速率一定的情况下，直接受制于反应时间的长短，不同的废水所需的氧化时间不同[2]。

2．1．2 反应温度的影响

在温度小于50℃之前，温度的升高对反应的促进作用增加得比较明显，随着趋近于70℃时，促进效应趋缓;当温度高于70℃时，则不利于有机物的降解。这是因为在一定的温度范围内，升高温度有利于催化氧化反应的进行。但温度过高时，会使H2O2分解过快，副反应增多，造成H2O2无效分解为O2和H2O并产生大量气泡。温度可提高反应速率，通常，温度增加10℃，反应速率增加1倍[3]。由此可见温度对反应速率影响之大。尽可能的提高反应温度是获得良好预处理效果的必要手段。但实际中要考虑到加热成本及温度过高时放出气体夹带污染所带来的不良工作条件影响。结合本试验结果综合考虑认为，温度不宜高于50℃。

2．1．3 Fenton 试剂投加量的影响

当Fe2＋投加量小于3mL时，随投加量的增加CODCr去除率增大，但当Fe2＋投加量过高时，此时H2O2也过量了，COD反而降低，这是因为过量的H2O2在 反 应 开 始 就 把 Fe2＋转 化 为 Fe3＋，Fe2＋＋H2O2→Fe3＋＋H2O＋OH－而降解则在 Fe2＋的催化下进行，这样既消耗了H2O2又抑制了·OH的产生，使COD去除率反而下降，在本实验中取Fe2＋最佳投加量为3mL。当Fenton试剂投加量增加时，生成越来越多的·OH，与废水中的各种有机物反应速率增加。这时废水的COD去除率也随之迅速上升。当Fenton试剂投加量进一步加大时，如到250mL·L－1时， 此时 H2O2也过量了，COD 去除率反而降低。这是因为过量的H2O2在反应一开始就把 Fe2＋迅速转化为 Fe3＋，而降解则是在 Fe3＋的催化下进行，这样既消耗了H2O2又抑制了·OH的产生，使COD去除率反而下降。另外试验中也可以观察到，当Fenton试剂投加量为 200mL·L－1之前，反应体系无气泡生成，量进一步加大后，废水中有很多小气泡涌出水面。这是因为产生副反应H2O2＋2·OH→2H2O＋O2，这样不仅消耗·OH，而且使H2O2无效分解，降低了COD去除率[4]。另外，在重铬酸钾法测定COD的过程中，过量的H2O2也会消耗重铬酸钾，从而使分析值发生正偏差，使COD的测定值偏高。

2．1．4 FeSO4与 H2O2体积比的影响

按体积比 1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1 投加硫酸亚铁和过氧化氢。当FeSO4与H2O2体积比较小时，COD去除率随着Fe2＋投加量的增加而逐渐上升，但当体积比较大时，随着Fe2＋投加量的增加，COD去除率反而下降。这是因为在Fe2＋投加初期，随着Fe2＋的增加，·OH的数量不断增加，COD去除率不断提高。随着Fe2＋投加量的进一步增加，虽然此时反应速度也将有所提高，但总的去除率却降低。因为Fenton试剂中的Fe2＋不仅起催化作用，而且可在一定的pH值条件下发生下列副反应[5]:

反应过程中生成的Fe3＋也会与H2O2发生如下反应:

2．2 正交试验结果分析

根据单因素试验结果，确定氧化剂配比、温度、氧化剂投加量、氧化时间为研究因素，由正交试验结果分析可知，在考察的因素中，氧化剂配比对COD去除率影响最大，温度其次，再次是反应时间，投加量的影响最小。较优工艺条件为:氧化温度为 40℃、Fenton 试剂投加量为 150mL·L－1、V（FeSO4）∶V（H2O2）为 1∶2、氧化时间为 60min。

3 Fenton试剂处理制药废水的发展前景

与其他高级氧化技术相比，Fenton试剂因工艺简单、反应快速、可产生絮凝等优点而在工业废水预处理研究中的应用更为活跃。Fenton试剂单独预处理有机废水，一般药剂投加量大，处理成本较高。随着研究的不断深入，Fenton氧化技术已由经典的Fenton试剂，发展到Fenton试剂与混凝沉降、活性炭吸附、生化、光催化等方法联合作为工业高浓度、难降解、有毒有害废水的预处理和深度处理方法。进一步开展Fenton试剂与混凝沉降、活性炭吸附、生化、光催化等方法联用研究，拓展pH范围和寻求铁离子的固定化技术，是今后Fenton试剂预处理难降解工业有机废水的发展方向。尽管国内外Fenton法处理有机废水技术已有了很大的发展，其中也有部分已达到工业化应用水平，但作为一种具有应用潜力的高浓度难降解有机废水处理技术还在不断发展中。各类Fenton法在有机废水处理中具有高效性、降解彻底性等独特优势，应用前景乐观。就目前来说，Fenton法的发展趋势是开发Fenton法与现代生物、微波、光、电等现代科学技术相结合的组合工艺，从而降低成本，提高处理效率和普适性。

[1] 李金莲．Fenton试剂处理含聚丙烯酰胺废水[J]．环境污染与控制，2005，（5）:23-29．

[2] 刘红，周志辉，吴克朋．Fenton试剂催化氧化-混凝法处理焦化废水的试验研究 [J]．环境科学与技术，2004，27（2）:71-73．

[3] 欧阳秀欢．Fenton试剂法处理有机废水的研究[J]．环境污染与防治，2002，24（12）:45-50．

[4] 张波，何义亮．铁炭微电解-混凝沉淀预处理化工有机废水[J]．兰州铁道学院学报，2001，21（3）:95-98．

Research on Pretreatment Method of Pharmaceutical Wastewater with Fenton Reagent

TANGBo
（Shaanxi University of Technology，Hanzhong723001， China）

Chemical method， which applied as the pretreatment method of medicine wastewater， could solve many problems．The atmospheric pressure ratio， dosage，oxidation time， temperature and other factors on the effect of pharmaceutical wastewater pretreatment with Fenton reagent were studied by experiments and the optimum conditions were obtained．

medicine wastewater; Fenton reagent; pretreatment

X 787

A

1671-9905（2011）11-0054-02

汤波（1980-），女，汉族，籍贯陕西汉中市，硕士学位，讲师，主要研究方向为面源污染、水处理技术等，联系电话:13109190227

2011-07-18