Fenton法深度处理青霉素废水的实验研究

摘 要：青霉素废水是一种高浓度有机工业废水，研究以某制药有限公司生化排水为对象，采用Fenton法对制药废水进行处理研究，基于正交试验方法，分析试剂投加量、反应初始PH和反应时间等对处理效果的影响。结果表明，COD去除率的影响程度大小顺序为：H2O2投加量、反应初始PH、H2O2/Fe2+摩尔比、反应时间。Fenton法处理青霉素废水最佳条件为：初始反应PH值为4，H2O2投加量为0.03mol/L，H2O2/Fe2+摩尔比为20：1，反应时间120min，去除率达57.8%。

关键词：制药废水；Fenton法；正交试验；深度处理

Fenton氧化法[1]是利用在酸性条件下Fe2+催化氧化H2O2产生·OH，利用·OH氧化分解有机物，同时，Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀作用，去除大量有机物。可见，Fenton氧化法在水处理中具有氧化和混凝两种作用[2]。

实验所用水样取自某制药有限公司二级生化处理后废水[3]，本文采用正交试验法，一种利用正交表来安排与分析多因素多水平试验的设计方法，对制药废水进行深度氧化试验，通过处理数据分析各因素对COD去除率的影响规律，选出最优的水平组合，为现场工艺参数优化提供依据。

1 实验材料与方法

1.1 实验用水与水质

某制药有限公司主要生产青霉素，其综合废水处理工艺为水解酸化+CASS，本实验用水取自该废水处理站的生化处理出水，水质PH为7.8，COD为1143mg/L。

1.2 实验方法

取200ml水样，用H2SO4将其调至一定PH，然后加入一定量的FeSO4·7H2O和H2O2（30%）混合均匀，待充分反应后用NaOH将水样的PH调至9左右，加入PAM，静置一段时间后取上清液测定废水指标。

2 工艺参数优化试验

2.1 正交试验指标和因素水平的确定

影响Fenton氧化法反应的主要因素有初始反应PH值、H2O2投加量、H2O2/Fe2+摩尔比和反应时间，因此设计四因素三水平的正交实验。详见表1。

2.2 优化参数试验方案的设计

根据四因素三水平正交表控制反应条件并进行试验，具体正交试验表与试验结果如表2所示。

从表2正交实验的结果分析得出，所选定的影响因素中，各因素对COD去除率的影响大小依次为H2O2投加量>PH>H2O2/Fe2+摩尔比>反应时间。正交实验初步确定最佳方案为：PH=4，H2O2投加量0.02mol/L，H2O2/Fe2+为20：1，反应时间为60min，COD的去除率可以达到54.4%。

3 各因素对COD去除率的影响

Fenton氧化法正交实验的基础上，进一步研究单因素实验对COD去除率的影响，从而确定最佳反应条件。

3.1 双氧水对COD去除率的影响

根據正交实验初步确定的反应条件，控制初始反应PH值为4，H2O2/Fe2+摩尔比为20：1，反应时间60min，考察H2O2投加量对COD去除效果的影响，确定最佳H2O2投加量，实验结果如图1所示。

由图1可知，随着H2O2投加量的增加，COD去除率呈现增长的趋势，原因是随着H2O2投加量的增大，产生的·OH增多，废水中的有机物被氧化。当H2O2投加量大于0.03mol/L时，COD去除率变化缓慢，这是由于过量的H2O2会与·OH发生反应，消耗部分·OH，使COD去除率不能明显的提高，因此确定双氧水最佳投加量为0.03mol/L，COD去除率可达57.8%。

3.2 初始PH对COD去除率的影响

控制H2O2投加量为0.03mol/L，H2O2/Fe2+摩尔比为20：1，反应时间60min，分析初始反应PH对COD去除效果的影响，确定最佳初始反应PH，实验结果如图2所示。

Fenton氧化法在酸性条件会对H2O2的分解有一定的促进作用，产生更多的·OH，促进水中COD的去除。如图2所示，随着初始pH的升高，水中COD去除率先逐渐升高，PH=4时，COD去除率达57.3%。之后继续升高pH，COD去除率逐渐降低，原因是由于PH较高时，H2O2不稳定，易分解，·OH产生量减少，使COD去除率降低，因此最佳初始反应PH为4。

3.3 H2O2/Fe2+的摩尔比对COD去除率的影响

控制初始反应PH值为4，H2O2投加量为0.03mol/L，反应时间60min，分析H2O2/Fe2+摩尔比对COD去除效果的影响，实验结果如图3所示。

由图3可知，随着H2O2/Fe2+摩尔比的增加，COD去除率呈现增长的趋势， 当H2O2/Fe2+摩尔比为20：1时，COD去除率达到最大，为54.4%。随着H2O2/Fe2+摩尔比继续增大，COD去除率降低，过量的H2O2会过多消耗·OH，·OH对有机物的氧化减少，故H2O2/Fe2+摩尔比最佳为20：1。

3.4 反应时间对COD去除率的影响

为了研究反应时间对青霉素废水处理的影响，设计了6个时间梯度，从图4可以看出，随着反应时间的增加，COD去除率呈上升趋势，对水中有机物的降解增强，在120min时COD去除率达到最大，为56.7%。到120min后趋于稳定，因此最佳反应时间为120min。

4 结束语

本文采用正交试验法对Fenton氧化青霉素废水深度处理进行了多因素多水平优化试验研究，分析了影响COD去除率的因素和规律，并最终优选出了初始反应PH值为4，H2O2投加量为0.03mol/L，H2O2/Fe2+摩尔比为20：1，反应时间120min，去除率达57.8%，为现场工艺参数优化提供了依据。

参考文献

[1]贾胜娟，杨春风，赵东胜.Fenton氧化技术在废水处理中的研究与应用进展[J].工业水处理，2008（10）：5-9.

[2]张玲玲，李亚峰，孙明，等.Fenton氧化法处理废水的机理及应用[J].辽宁化工，2004（12）：734-737.

[3]李再兴，左剑恶，剧盼盼，等.Fenton氧化法深度处理抗生素废水二级出水[J].环境工程学报，2013（01）：132-136.

作者简介：潘曙光（1991-），男，汉族，内蒙古呼和浩特，就读学校：内蒙古工业大学能源与动力工程学院。