Fenton氧化法处理焦化废水的影响因素研究*

田大勇　许志　孙孟阳　吴定原　郑勇　侯绍刚

(安阳工学院化学与环境工程学院　河南安阳 455000)



水污染治理

Fenton氧化法处理焦化废水的影响因素研究*

田大勇许志孙孟阳吴定原郑勇侯绍刚

(安阳工学院化学与环境工程学院河南安阳 455000)

采用Fenton试剂氧化法处理某钢铁厂焦化废水，对影响Fenton试剂处理焦化废水效果的因素进行分析，包括H2O2投加量、n[Fe2+]∶m[H2O2]、pH值、反应温度、反应时间等。结果表明，对于该焦化废水最佳反应条件为：H2O2投加量50 mL/L(即每升水样投加量为50 mL)，n[Fe2+]∶m[H2O2]=1∶10，pH=3，反应温度为30 ℃，反应时间30 min，废水COD去除率可达到70%～79%。该研究为高浓度难降解废水处理提供了数据支持。

Fenton试剂焦化废水COD去除率

0　引言

焦化废水是原煤在高温干馏、煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的废水，具有“三高一难”的特点[1]：有机物含量高，氨氮(NH4-N)浓度高[2]，毒性高[3]，难降解且可生化性差[4]，传统的二级水处理工艺对其处理效果有限[5]。

焦化废水的处理技术主要有物理法、化学法、生化法和物化法等[6]。生化法是当前焦化企业广泛采用的处理方法，包括A/O，A2/O等。但是，传统工艺对焦化废水中COD的去除效果不理想，对难降解有机物的去除效果差，且出水色度高，难以达到国家规定的排放标准[7]。

针对这一问题，国内外学者进行了大量研究，提出了改进工艺、增加前处理和深度处理等措施[8-9]。其中，Fenton试剂氧化法是一种反应速度快、环境友好的化学处理方法，在难降解废水处理领域得到广泛关注[10]。Fenton试剂通过H2O2和Fe2+相互作用产生羟基自由基(·OH)，其氧化能力极强，可以降解有机物、使长链有机物分解成短链小分子有机物，提高可生化性[11-14]。

本研究选取河南省某大型钢铁焦化集团氨化阶段的焦化废水为对象，考察不同反应条件下Fenton试剂处理焦化废水的效果，旨在为焦化废水以及其他高浓度有机废水处理提供数据支持。

1　材料与方法

硫酸亚铁、双氧水等购自国药试剂集团，纯度均为分析纯以上。废水取自安阳某钢铁集团氨化阶段A/O工艺处理后的焦化废水，采样时水样温度40 ℃，呈现黄色，气味较臭。COD质量浓度为274.2 mg/L，pH=10。

实验时量取水样100 mL，调节pH值，加入FeSO4和H2O2，混合、搅拌，恒温水浴锅反应后冷却至室温，调节pH值至9以上，静置，过滤，取滤液20 mL，用重铬酸钾标准溶液法测定COD。采用单因素评价法，对各影响因素进行考察。COD计算公式如下：

式中，C为硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；V0为滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，mL；V1为滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，mL；V为水样的体积，mL；8 000为(1/2O)的摩尔质量以mg/L为单位的换算值。

2　结果与讨论

2.1n[Fe2+]∶m[H2O2]对处理效果的影响

Fenton试剂氧化处理焦化废水反应的影响因素较多，进行单因素影响实验，需要首先确定一个初步反应条件。根据前期预实验结果，设定初始反应条件为：pH=3，反应温度30 ℃，恒温水浴加热时间30min，n[Fe2+]∶m[H2O2]=1∶5，H2O2投加量为50mL/L(即5mL0.5mol/L的H2O2投加到100mL水样中)。

n[Fe2+]∶m[H2O2]的值分别取为1∶3，1∶5，1∶8，1∶10，1∶15，1∶20。按以上比例将称量好的试剂分别投加到调好pH值的焦化废水水样中，反应后测定水样中COD值，得到的Fenton试剂与焦化废水COD去除率的关系图如图1。

图1n[Fe2+]∶m[H2O2]对COD去除率的影响

由图1可知，n[Fe2+]∶m[H2O2]的比值在1∶5，1∶8，1∶10时，COD去除率较高，考虑到双氧水用量大时经济成本上升，因此选择1∶5作为最佳比例。

2.2H2O2投加量对处理效果的影响

在初始反应条件下，分别取H2O2的量为1～6mL，反应后测水样COD，得到COD去除率与H2O2投加量的关系图如图2。

由图2可知，H2O2投加量越大，处理效果越好，达到50mL/L(5mLH2O2投加到100mL水样中)后，COD去除率保持稳定，考虑到双氧水用量大时经济成本上升，故选择该点为最佳点。

图2H2O2投加量对COD去除率的影响

(每100mL水样中投加量)

2.3pH值对处理效果的影响

分别将水样pH值调至1.5～7.0，然后向水样中加入称量好的试剂，反应后测COD值，得到COD去除率与pH值的关系图如图3。由图3可知，pH值为3时，处理效果较好，因此选择pH=3作为最佳反应条件。

图3pH值对Fenton试剂处理焦化废水效果的影响

2.4温度对处理效果的影响

分别将反应温度调到10～40 ℃，然后加入称量好的试剂进行反应，测定水样的COD，得到的反应温度与COD去除效果的关系图如图4所示。由图4可知，温度为30 ℃时处理效果较好，因此选择反应温度30 ℃作为最佳反应条件。

图4温度对COD去除率的影响

2.5反应时间对处理效果的影响

固定H2O2投加量为50 mL/L，n[Fe2+]∶m[H2O2]=1∶5，pH值为3，反应温度30 ℃，取反应时间分别为5 min，10 min，20 min，30 min，1 h，2 h，反应后测COD值，得到的COD去除率与反应时间的关系图如图5。

图5反应时间对COD去除率的影响

由图5可知，反应刚开始时，随着时间延长，处理效率升高，反应时间为30 min时处理效果较好，之后处理效率略有下降。因此选择反应时间为30 min作为最佳反应条件。

2.6最佳反应条件的验证

为验证本研究得到的最佳实验条件对其他有机废水的处理效果，利用Fenton试剂对MTO(甲醇精馏)废水进行一组实验研究，在各种影响因素均为最佳条件下，对于原水样COD质量浓度为472.6 mg/L时，去除率可达到79.04%，出水水质符合《污水综合排放标准》中二级出水水质标准。

3　结论

根据实验，确定H2O2投加量为50 mL/L，n[Fe2+]∶m[H2O2]为1∶5，pH值为3，反应温度30 ℃，恒温水浴加热时间为30 min条件下，Fenton试剂对焦化废水的处理效果最佳，COD去除率为70.24%，出水水质可达到《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB 16171—2012)中的规定值(150 mg/L)。因此，对于高浓度难降解有机废水，可以采用Fenton试剂氧化法，并结合其他传统生化处理法进行处理，以提高COD去除效率，保证达标排放。

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Study of Coking Wastewater Treatment by Fenton Reagent Oxidation Process

TIAN DayongXU ZhiSUN MengyangWU DingyuanZHENG YongHOU Shaogang

(DepartmentofChemicalandEnvironmentalEngineering,AnyangInstituteofTechnologyAnyang，Henan455000)

In this study, the influences of Fenton reagent on the treatment of coking wastewater in a steel mill are analyzed, including the dosage of H2O2, the ratio of ferrous to hydrogen peroxide(n[Fe2+]∶m[H2O2]), pH value, reaction temperature and reaction duration. The results show that the optimum reaction conditions for coking wastewater are as follows: the dosage of H2O2is 50 mL/L,n[Fe2+]∶m[H2O2] is 1∶10, pH is 3, the reaction temperature is 30 ℃ and the reaction duration is 30 mins. Under these experimental conditions, coking wastewater COD removal rates can reach up to 70%～79%. The effluent can meet the standard of the emission of the coking wastewater.

Fenton reagentcoking wastewaterCOD removal

国家自然科学基金(U1404217)，河南省重点科技攻关项目(142102310190)，河南省教育厅科学技术研究重点项目(14A610011)。

田大勇，男，博士，副教授，研究方向为复合污染毒理和污染控制策略。

2015-08-18)