Fenton氧化法处理有机废水的研究

（青岛科技大学化工学院，山东青岛266042）

20世纪以来，医药工业的迅速发展，给人类文明带来了飞跃。与此同时，在其生产过程中所排放出来的废水对环境的污染也日益加剧，给人类健康带来了严重的威胁[1～3]。医药废水成分复杂，COD很高，色度和毒性大，往往含有种类繁多的有机污染物质，这些物质中有不少属于难生化降解的物质，可在相当长的时间内存留于环境中[4～6]。对于这些种类繁多、成分复杂的有机废水的处理，仍然是目前国内外水处理的难点和热点。

Fenton氧化法是在酸性条件下，通过Fe2+催化H2O2产生强氧化性的.OH,将水中大多数的有机物氧化的方法。该方法特别适用于对生物难降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水的氧化处理[7，8]。相对其他高级氧化剂而言，Fenton试剂具有操作简单、原料易得、使用方便、对后续的生化处理无毒害作用、环境友好等优点，已逐渐应用于制浆造纸、染料、防腐剂、农药等废水处理，具有良好的应用前景[9]。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

实验仪器：烧杯、玻璃棒、冷凝管、圆底烧瓶（天津市泰斯特仪器有限公司）；恒温加热磁力搅拌器（郑州长城科工贸有限公司）；FA1204B电子天平、PHS-3D型pH计、曝气装置（上海精密科学仪器有限公司）。

试剂：30%过氧化氢（莱阳经济技术开发区）；邻菲罗啉（天津市巴斯夫化工有限公司）；硫酸亚铁、氢氧化钠（天津博迪化工有限公司）；盐酸、硫酸（分析纯，烟台三和化学试剂有限公司）；重铬酸钾(分析纯，天津广成化学试剂有限公司)；硫酸亚铁铵（分析纯，天津市北方天医化学试剂厂）；有机废水样品（山东青岛某制药厂制药废水）

1.2 废水的来源及性质

实验用水来自山东青岛某制药厂制药废水，该废水的主要成分有苯类有机物质及其他杂质，经检测，其COD为14408mg/L，pH为8～9。

1.3 实验方法

1.3.1 Fenton实验

量取1L有机废水，用盐酸和NaOH调至pH为4。加入一定量的FeSO4和30%的H2O2。曝气反应一段时间后，调节pH至碱性，絮凝沉淀，取上层清液测定COD。

1.3.2 COD测定实验

COD的值采用重铬酸钾法测定(GB/T 11914-1989)[10],本国标适用于COD值高于30mg/L的大多数水体。COD祛除率才用如下公式：

式中：COD0——（样品溶液的原始COD，mol/L）、COD1——（脱色剂处理后的COD，mol/L）。

2 结果与讨论

2.1 入水pH对Fenton氧化法处理废水效果的研究

量取1L有机废水，用盐酸和NaOH分别调节pH至2、3、3.5、4、4.5、5、6、7。加入30%的H2O24mL，Fe-SO40.5g。曝气反应40min后，调节pH至9，絮凝沉淀，取上层清液测定废水的COD值，计算COD祛除率。结果见图1。

图1 入水pH对Fenton氧化法处理废水效果的影响

由图1可知，随着pH值不断增强，COD祛除率逐渐上升，在pH为4达到最大值，祛除率为45.11%。但并不是pH越大越好，随着pH由4升至7，祛除率反而下降。

这是由于Fenton试剂是在偏酸条件下发生作用的，pH是影响Fenton试剂处理效果的重要因素之一，溶液初始pH值对H2O2的分解有很大的影响。在酸性条件下，H202中生成.OH的反应动力学常数最高。但对不同的废水，其适宜的pH范围也不尽相同[11]。而当pH过低时，溶液中的H+浓度过高，反应受到抑制，催化反应受阻，从而影响Fento试剂的氧化能力。

2.2 过氧化氢用量对Fenton氧化法处理废水效果的研究

量取1L有机废水，用盐酸和NaOH调节pH至4。分别加入30%的H2O21、2、3、4、5、6、7、8mL，其余条件同2.1。计算COD祛除率，结果见图2。

图2 过氧化氢用量对Fenton氧化法处理废水效果的影响

由图2可知，随着过氧化氢用量的增加，COD祛除率先增加后降低，在30%的过氧化氢用量为4mL/L时，COD祛除率达到最大值，为45.41%。然而在过氧化氢量超过最佳用量时，COD去祛除率反而下降。

在一定范围内，随着H2O2浓度的增加，有机物的去除率增加，当去除增加到一定程度后，继续增加H2O2的量，有机物的去除率变化缓慢，并且有降低的趋势。这主要是因为发生了副反应，消耗了H2O2，并且抑制了.OH 的产生，使H2O2无效分解，反而增加了废水的COD，故要选择合适的H2O2用量[12]。

2.3 硫酸亚铁用量对Fenton氧化法处理废水效果的研究

量取1L有机废水，用盐酸和NaOH调节pH至4。分别加入硫酸亚铁0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8g。其余条件同2.1。计算COD祛除率，结果见图3。

图3 硫酸亚铁用量对Fenton氧化法处理废水效果的影响

由图3可知，随着硫酸亚铁用量的增加，COD祛除率先升高后降低，在用量为0.5g/L时，COD祛除率达到最大值，为45.19%。然而，当硫酸亚铁越来越多时，COD祛除率反而下降，这可能是由于硫酸亚铁剩余量过多，使絮凝沉淀增多，反而增加了COD。同时，沉淀较多，浪费了过多的碱，增加了成本。

2.4 反应时间对Fenton氧化法处理废水效果的研究

量取1L有机废水，用盐酸和NaOH调节pH至4。其他条件同 2.1，分别曝气反应 10、20、30、40、50、60、70、80min后，计算COD祛除率。结果见图4。

图4 反应时间对Fenton氧化法处理废水效果的影响

由图4可知，随着反应时间的延长，COD祛除率先升高后降低，在反应时间为40min时，COD祛除率达到最大值，为45.18%。但并不是时间越多越好，当超过40min时，COD祛除率反而下降。这可能是由于时间过长，Fenton反应已经很彻底，增加时间反而会使废水返色，增加了COD，也增加了时间成本。

2.5 曝气对Fenton氧化处理效果的研究

量取1L有机废水，用盐酸和NaOH调节pH至4。分别进行曝气反应和不曝气反应，其余条件同2.1。计算COD祛除率，结果为不曝气时，COD祛除率是42.11%、曝气时COD祛除率是45.10%。

曝气处理有利于Fenton氧化处理。这是因为曝气会起到搅拌的作用，使反应更加彻底。

3 结论

Fenton氧化法对有机废水具有比较好的处理效果，在出水pH为9，反应时间为40min，H2O2用量为4mL/L，FeSO4含量为0.5g/L，间歇曝气的情况下，COD祛除率达到45%以上。

Fenton试剂自动产生H2O2的机制较完善，用于去除毒性大、一般氧化剂难氧化或生物难降解的制药废水中的有机污染物具有明显的优势，是一种具有实用潜力的废水处理技术，在有机废水处理领域会得到更广泛的应用。

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