芬顿法深度处理某化工废水的研究

张艳芳，石键韵，温尚龙，陈欣义

（1. 东莞理工学院 广东高校化工清洁生产与绿色化学品工程技术开发中心, 广东 东莞 523808；

2. 东莞市清洁生产科技中心，广东 东莞 523808； 3. 广州市广深环保科技有限公司, 广东 广州 510663）

芬顿法深度处理某化工废水的研究

张艳芳1,2，石键韵3，温尚龙3，陈欣义3

（1. 东莞理工学院 广东高校化工清洁生产与绿色化学品工程技术开发中心, 广东 东莞 523808；

2. 东莞市清洁生产科技中心，广东 东莞 523808； 3. 广州市广深环保科技有限公司, 广东 广州 510663）

采用芬顿法对某化学工业园综合污水处理厂的二沉池出水进行深度处理，以期进一步去除出水中的COD、氨氮和总磷。通过改变原水pH值、反应时间、H2O2与Fe2+的质量比和加药量，探讨最佳运行参数，指导实际运行。结果表明，芬顿法对该废水中的COD有很好的去除效果，同时能够去除少量的总磷。但是，该方法不能去除水中的氨氮。该方法的最佳运行参数是pH为5.0，H2O2与Fe2+投加比例为1∶1，H2O2与Fe2+投加量为0.3 mL和0.5 g，反应时间为60 min。

芬顿; 化工废水; COD; 氨氮; 总磷

1894年，H.J.Fenton发现了采用Fe2+/H2O2体系能氧化多种有机物。1964年加拿大学者H.R.Eisenhaner将Fenton试剂法成功地应用到处理苯酚废水和烷基废水上。芬顿试剂具有很强的氧化性，而且其氧化性没有选择性，能够适应各种废水的处理。芬顿法已经在处理氰化物、酚类、染料废水、农药废水、制药废水、焦化废水和垃圾渗滤液等方面均取得良好的效果[1-4]。其反应条件温和，装置简单，适合工业化应用。在大型的化工园区，可以采用芬顿法在处理系统的末端进行深度处理，再配合其他处理技术以达到达标排放或中水回用，可以实现循环利用的目标[5,6]。本研究以芬顿法深度处理某化学工业园综合污水处理厂的二沉池出水，考察了该方法对废水中的COD、氨氮和总磷的去除效果，探讨了不同运行参数对COD去除率的影响，以指导实际运行。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

仪器：ML204型分析天平（梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司），PHS-3C型 pH计（上海雷磁仪器厂），UV759S紫外-可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司），XJ-Ⅲ型消解装置（韶关市明天环保仪器有限公司）。

试剂：30% H2O2、FeSO4·7H2O、 硫酸、氢氧化钠购于成都市科龙化工试剂厂；废水取自某化学工业园综合污水处理厂的二沉池出水，COD为 135 mg/L，氨氮为45.52 mg/L，总磷为4.8 mg/L。

1.2 实验方法

取1 L二沉池出水于烧杯中，用硫酸或氢氧化钠调节pH，依次加入30% H2O2和FeSO4·7H2O，混合均匀，持续曝气，控制DO在7.0左右。定时取水样100 mL，在每个样品中加入碱，将pH调至8.0～9.0，加 PAC、PAM混凝沉淀，取上清液测定各个指标。

1.3 分析方法

COD采用分光光度法测定，氨氮含量采用纳氏试剂比色法（HJ535-2009）进行测定，总磷采用钼酸铵分光光度法GB 11893-89测定。

1.4 芬顿法氧化机理

芬顿试剂是过氧化氢与亚铁离子结合形成的一种具有极强氧化能力的氧化剂。过氧化氢在催化剂铁盐存在时，能够生成羟基自由基（·OH）。羟基自由基具有较高的氧化电极电位，可以氧化降解大多数的污染物[7]。芬顿试剂反应过程如下[8]：

H2O2+ Fe2+→·OH + Fe3++ OH-

2 结果与讨论

2.1 pH值对COD去除效果的影响

在不同pH值的原水中加入0.45 mL 30% H2O2和1.5 g FeSO4·7H2O（质量比H2O2∶Fe2+=1∶2），反应60 min，考察不同pH对COD去除效果的影响。如图1所示，溶液的pH偏酸性的时候，COD的去除率较高。随着pH值升高，COD的去除率逐渐下降，pH为6.5时，COD的去除率仅为10%。pH值升高不仅抑制了·OH 的产生，而且使溶液中Fe2+以氢氧化物的形式沉淀而失去催化能力，导致COD去除效果不好。

图1 pH值对COD去除率的影响Fig.1 Effect of pH value on the removal rate of COD

图2 时间对COD去除率的影响Fig.2 Effect of time on the removal rate of COD

2.2 反应时间对COD去除效果的影响

将原水的pH值调至5.0，加入0.45 mL 30% H2O2和1.5 g FeSO4·7H2O（质量比H2O2∶Fe2+=1∶2），在不同时间取样分析COD的去除效果，考试反应时间对COD去除率的影响。如图2所示，经过60 min反应，COD的去除率已经接近最大值。继续增加反应时间，COD的去除率没有较大变化。因此，用芬顿法深度处理该废水的最佳处理时间为60 min。

2.3 H2O2与Fe2+的质量比对COD去除效果的影响

将原水的pH值调至6.0，加入不同比例的H2O2与Fe2+，考察H2O2与Fe2+的比例对COD去除效果的影响，结果列于表1。H2O2与Fe2+的比例为1∶1时，COD的去除效果最好，达到了 43%。进一步提高H2O2的投加量不会对 COD的去除效果产生明显的影响，反而会提高药剂的成本。同时，过量 H2O2在反应阶段不能充分分解，剩余的H2O2在沉淀阶段继续分解产生小气泡带动污泥上浮。因此，最佳的H2O2与Fe2+投加比例为1∶1。

表1 H2O2与Fe2+投加比例的影响Table 1 Effect of H2O2and Fe2+dosing ratio

2.4 加药量对COD去除率的影响

在原水pH值为6.0、H2O2与Fe2+投加比例为1∶1的条件下，改变加药量，考察不同加药量对COD去除效果的影响，结果列于表 2。实验结果表明，当加药量为原来的2/3的时候，COD的去除效果最好，达到了65%。

表2 加药量对COD去除率的影响Table 2 Effect of dosage

2.5 氨氮的去除效果

图3 氨氮的去除效果Fig.3 Removal efficiency of ammonia nitrogen

在原水pH值分别为3.0和4.0、H2O2与Fe2+投加比例为1∶2的条件下，考察芬顿法对该废水氨氮的去除效果，结果如图3所示。实验结果表明，芬顿法不能去除该废水中的氨氮，反而会提高废水的氨氮值。其原因可能是反应过程中生成具有强氧化能力的·OH，·OH将水中的有机氮氧化为氨氮，导致氨氮升高。

2.6 总磷的去除效果

在原水pH值分别为3.0和4.0、H2O2与Fe2+投加比例为1∶2的条件下，考察芬顿法对该废水总磷的去除效果，结果如图4所示。实验结果表明，芬顿法对该废水的总磷有少量的去除效果。

图4 总磷的去除效果Fig.4 Removal efficiency of total phosphorus

3 结 论

芬顿法对该废水中的COD有很好的去除效果，同时能够去除少量的总磷。但是，该方法不能去除水中的氨氮。该方法的最佳运行参数是pH为5.0，H2O2与Fe2+投加比例为1:1，H2O2与Fe2+投加量为0.3 mL和0.5 g，反应时间为60 min。

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表1 产品分析Table 1 Product analysis

3 结 论

废塑料油化再利用可以既解决环境问题又带来经济效益，还可以缓解不可再生能源危机。在反应温度为210 ℃、反应压力为6.0 MPa、空速0.5 h-1和氢油比为800:1的条件下，废塑料油经加氢精制后得到的柴油收率高达83.0%，而且凝点低、色度低、闪点高、十六烷值高，燃烧性能好，质量高，能够保证发动机稳定性好，各项指标均达到柴油标准，完全可用于市场上。

参考文献：

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Study on Further Treatment of Chemical Wastewater With Fenton Method

ZHANG Yan-fang1,2, SHI Jian-yun3, WEN Shang-long3, CHEN Xin-yi3
（1. Guangdong Universities Engineering Research Center for Chemical Industry Cleaner Production,Dongguan University of Technology, Guangdong Dongguan 523808, China; 2. Dongguan Cleaner Production Center, Guangdong Dongguan 523808, China; 3. Guangzhou Guangshen Environmental Protection Technology Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510060, China）

Fenton was employed to deeply treat effluent from secondary sedimentation tank of a chemical industrial park comprehensive sewage treatment plant, so as to further remove COD, ammonia nitrogen and total phosphorus. The best operation parameters of this method were investigated through changing pH value of raw water, reaction time and dosage as well as mass ratio of H2O2and Fe2+. The results show that good removal efficiency of COD and removal of total phosphorus can simultaneously be acquired by Fenton method, but ammonia nitrogen cannot be removed by Fenton method. The best operation parameters are as follows：pH value 5，mass ratio between H2O2and Fe2+1:1, the dosage of H2O2and Fe2+are 0.3 mL and 0.5 g, and reaction time 60 min.

Fenton; Chemical industrial wastewater; COD; Ammonia nitrogen; Total phosphorus

X 703

A

1671-0460（2015）08-1805-03

2015-05-18

张艳芳(1979-)，女，广州人，环境工程硕士，主要从事清洁生产工作。