Fenton氧化法处理化工废水的实验研究

修 婧

(龙岩市长汀环境监测站，福建 龙岩 366300)

近年来，Fenton法因其具有强烈的氧化性且无选择性，目前已广泛的应用到多种工业废水[1-4]，利用Fenton法可有效处理酚类、芳烃类和农药类等有机难降解废水，其应用于废水处理的化学机理如下[5]：

本实验采用Fenton法处理某化工项目的硝基苯胺、二氨基甲苯(TDA)、甲苯二异氰酸酯(TDI)三种化工废水，废水水量占比分别为22%、60%、18%。项目主体工艺采用“Fenton+生化处理”，为减少药剂投加量，根据分质处理原则，开展Fenton试剂投加量对三种废水处理效果的实验，以指导项目方案设计。

1 实验材料与方法

1.1 原水水质

实验用水来自事业部现场取的三股废水，其水质和水量情况如表1所示。

表1 某化工项目废水水质与水量Table 1 Water quality and quantity of wastewater from a chemical project

续表1

如表1所示，硝基苯胺废水pH呈碱性(约为9.46)，CODCr高达17000 mg/L，其中2，4-二硝基苯酚含量高达27100 mg/L，总氮高达6208 mg/L，B/C约为0.269。TDA氢化废水pH呈碱性(约为9.88)，CODCr高达3940 mg/L，氨氮约为1536 mg/L，总氮约为1529 mg/L，B/C约为0.373。TDI红水pH呈弱酸性(约为6.65)，CODCr约为4000 mg/L，氨氮约为318 mg/L，总氮约为3462 mg/L，B/C约为0.336。

1.2 实验仪器

pH计、六联电动搅拌器、多参数水质测定仪、消解仪、电子分析天平、恒温摇床等。

1.3 实验方法

取废水1000 mL放入烧杯中，用H2SO4和NaOH调节pH，向废水中加入一定量的Fe2SO4·7H2O，调节pH=3，然后在搅拌机上搅拌约15 min，加入30%H2O2，搅拌约1 h，随后调节pH=7，加入1～2 mg/L PAM，搅拌20 min，静置，取上清液测试分析。

2 实验结果

2.1 Fenton试剂投加量对硝基苯胺废水的处理效果

2.1.1 对COD和B/C的处理效果

由于本项目采用“Fenton+生化处理”的技术路线，因此Fenton的处理效果以CODCr和B/C变化为主要的评价指标，具体数据如图1所示。

图1 Fenton试剂投加量对硝基苯胺废水的处理效果Fig.1 Treatment effect of Fenton reagent dosage on nitroaniline wastewater

Fe2+是催化产生自由基的必要条件，在无Fe2+的条件下，H2O2难以分解产生·OH，发挥氧化作用[6]。硝基苯胺废水处理前CODCr为17000 mg/L，B/C为0.269，由图1可知投加不同量的Fenton试剂后，CODCr去除率最高可达到45.0%。其中由C1组和D1组数据可知，当D1组的投加量比C1组投加量增加1倍时，CODCr去除率只提高了2.6%，且Fenton试剂投加量越多会导致污泥处理费用增加，同时C1组的B/C提高至0.56，可采用生化工艺进行下一步处理。因此综合考虑处理效果和经济性，建议采用C1组的Fenton试剂投加量(30 g/L Fe2SO4·7H2O+10 mL/L H2O2)处理硝基苯胺废水。

2.1.2 对硝基苯酚、氨氮、总氮的处理效果

在C1组的Fenton试剂投加量(30 g/L Fe2SO4·7H2O+10 mL/L H2O2)条件下处理硝基苯胺废水，考察Fenton法对该类废水其他指标的处理效果，数据如表2所示。

由表2数据可知，采用Fenton法处理硝基苯胺废水，对硝基苯酚的去除率高达83.6%，表明Fenton法能有效降解硝基苯酚。氧化前后，废水的总氮去除率不高，而氨氮呈现上升的趋势，这一实验现象主要是因为Fenton反应属于氧化法，无法将水中的氮素转化为氮气从而去除水中的总氮，同时硝基苯胺发生氧化，发生C-N键断裂，使苯环上的-NH2断裂后转化成氨氮。

表2 Fenton法对硝基苯胺废水的处理效果Table 2 Treatment effect of Nitroaniline wastewater by Fenton process

2.2 Fenton试剂投加量对TDA废水的处理效果

2.2.1 对COD和B/C的处理效果

TDA废水处理前CODCr为3988 mg/L，B/C为0.37，氧化后CODCr和B/C数据如图2所示。

由图2可知投加不同量的Fenton试剂后，CODCr去除率最高可达到73.6%(D2组)，此时B/C为0.31，而投加量较少的B2和C2组的CODCr去除率分别达到59.6%、68.3%，B/C分别为0.37、0.45。TDA废水的初始CODCr为3988 mg/L，远小于硝基苯胺废水(17000 mg/L)，且TDA废水量占比达到60%，因此综合考虑，建议采用B2组(5.1g/L Fe2SO4·7H2O+1.7 mL/L H2O2)作为TDA废水的Fenton试剂投加量。

图2 Fenton试剂投加量对TDA废水的处理效果Fig.2 Treatment effect of Fenton reagent dosage on TDA wastewater

2.2.2 对氨氮和总氮的处理效果

表3 Fenton法对TDA废水的处理效果Table 3 Treatment effect of Fenton process on TDA wastewater

在B2组的Fenton试剂投加量(5.1 g/L Fe2SO4·7H2O+1.7 mL/L H2O2)条件下处理TDA废水，考察Fenton法对该类废水其他指标的处理效果，数据如表3所示。

由表3数据可知，采用Fenton法处理TDA废水，对总氮和氨氮的去除率不高，实验数据表明Fenton法无法去除水中的氮素。

2.3 Fenton试剂投加量对TDI废水的处理效果

2.3.1 对COD和B/C的处理效果

TDI废水处理前CODCr为4364 mg/L，B/C为0.30，氧化后CODCr和B/C数据如图3所示。

图3 Fenton试剂投加量对TDI废水的处理效果Fig.3 Treatment effect of Fenton reagent dosage on TDI wastewater

由图3可知投加不同量的Fenton试剂后，CODCr去除率最高可达到57.2%(E3组，即21 g/L Fe2SO4·7H2O+7 mL/L H2O2)，此时出水CODCr约为1866 mg/L，B/C为0.29。

2.3.2 对氨氮和总氮的处理效果

在E3组的Fenton试剂投加量(21 g/L Fe2SO4·7H2O+7 mL/L H2O2)条件下处理TDI废水，考察Fenton法对该类废水其他指标的处理效果，数据如表4所示。

由表4数据可知，采用Fenton法处理TDI废水，对总氮和氨氮的去除率不高，实验数据再一次表明Fenton法无法去除水中的氮素。

表4 Fenton法对TDI废水的处理效果Table 4 Treatment effect of Fenton process on TDI wastewater

2.4 综合投加量测算

根据上述实验结果，每种废水的Fenton试剂投加量如表5所示。经测算，采用Fenton法处理某化工项目废水，FeSO4·7H2O的平均投加量为10.9 g/L，30% H2O2的平均投加量为3.6 mL/L。

表5 某化工项目废水Fenton实际投加量Table 5 Actual Fenton dosage of wastewater from a chemical project

3 结 论

(1)建议某化工项目废水预处理段采用分质处理路线，投加不同量的Fenton试剂处理硝基苯胺废水、TDA废水、TDI废水，混合进入后续生化处理段。综合测算，FeSO4·7H2O的平均投加量为10.9 g/L，30% H2O2的平均投加量为3.6 mL/L。

(2)采用30 g/L Fe2SO4·7H2O+10 mL/L H2O2处理某化工项目的硝基苯胺废水，CODCr去除率可达42.4%，B/C为0.56，硝基苯酚去除率达83.6%，但对氨氮和总氮去除效果不佳。

(3)采用5.1 g/L Fe2SO4·7H2O+1.7 mL/L H2O2处理某化工项目的TDA废水，CODCr去除率可达59.6%，B/C为0.37，但对氨氮和总氮去除效果不佳。

(4)建议采用21 g/L Fe2SO4·7H2O+7 mL/L H2O2处理某化工项目的TDI废水，CODCr去除率可达57.2%，B/C为0.29，但对氨氮和总氮去除效果不佳。