Fenton法預處理分子篩制造廢水的實驗研究

邱凌峰，吳煌州，鄭林虹

（1.福建龍源環境工程技術有限公司，福州 350002；2.福州大學環境與資源學院，福州 350108）

Fenton法預處理分子篩制造廢水的實驗研究

邱凌峰1，吳煌州2，鄭林虹2

（1.福建龍源環境工程技術有限公司，福州 350002；2.福州大學環境與資源學院，福州 350108）

采用Fenton法預處理鈦硅分子篩制造廢水，通過單因素實驗確定其最佳工藝條件：pH=4，H2O2=120mL/L，FeSO4?7H2O=20g/L，反應時間為40min。結果表明，此條件下COD去除率可達80%。

Fenton法;單因素實驗;鈦硅分子篩制造廢水;高濃度COD

ZSM-5結構的鈦硅分子篩TS-1由于具有優異的選擇性催化氧化的性能而受到極大關注。我國目前已將TS-1列為特種催化材料，并成功應用于多項新生產工藝技術的開發[1]。其生產過程中產生的廢水中主要含有四甲基氫氧化銨（TMAH）、正硅酸乙酯（TEOS）、正丙胺（TPA）以及乙、丁醇等多種污染物。因此，該廢水具有高COD、可生化性差等特點，是難處理的高濃度工業廢水，不宜直接采用生物處理方法。

Fenton法是一種較常用的高級氧化技術，通過氧化廢水中的難降解有機物，改變它們的可生化性、溶解性和混凝性能，利于后續處理。此方法中的Fenton試劑由H2O2與Fe2+結合形成，H2O2在Fe2+催化作用下分解產生高活性的羥基自由基（HO?），并引發更多的自由基一起進攻有機物分子，使有機物氧化為CO2、H2O等無機物；同時Fe2+被氧化為Fe3+產生混凝效果，還可去除大量有機物[2]。Fenton法操作過程簡單，反應迅速，無需復雜設備，對后續采用生化處理無毒害作用，目前已逐漸應用于多種工業廢水的處理，但應用在分子篩制造廢水中卻鮮有報道。本研究擬采用Fenton法對分子篩制造廢水進行預處理，考察初始pH、H2O2和FeSO4?7H2O的投加量、反應時間對處理效果的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 試劑和儀器

主要試劑：硫酸亞鐵FeSO4?7H2O，30%H2O2，濃硫酸H2SO4，氫氧化鈉NaOH，硫酸汞Hg2SO4，重鉻酸鉀K2C r2O7，六水合硫酸亞鐵銨Fe(NH4)2(SO4)2?6H2O，聚丙烯酰胺PAM（陰離子型，配成0.1%溶液）均為分析純，實驗用水均為蒸餾水。

主要儀器：酸度計，六聯攪拌器。

1.1.2 實驗廢水

某石油化工廠提供的分子篩制造廢水。原廢水COD為35,000mg/L左右，pH值為10～11。

1.1.3 分析項目及測定方法

COD的測定采用《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》GB11914-89；pH值測定采用酸度計測定法。

1.2 實驗方法

取200mL水樣于燒杯中，用NaOH溶液或H2SO4溶液調節pH至一定值，然后加入一定量的FeSO4?7H2O晶體，待其溶解后加入一定體積的H2O2，攪拌反應一定時間后調節pH到9.0，使Fe3+完全沉淀，再加入PAM溶液攪拌、靜置后取上清液測COD。

2 結果與討論

2.1 pH值對COD去除率的影響

在pH值為2.0～7.0的范圍內考察pH值對COD去除率的影響，結果見下表。

pH值對COD去除率的影響

由上表可以看出，COD去除率隨pH值的增加先升高再降低，當pH為4時，COD去除率達到峰值67%。有研究表明，Fenton試劑是在酸性條件下發生作用的，而在堿性環境中，溶液中的Fe2+會以氫氧化物的形式沉淀而失去催化能力，從而抑制HO?的產生，導致COD去除率下降。而當pH值過低時，對于反應Fe3++H2O2→Fe2++HO2+H+來說，溶液中的H+濃度如果過高，會影響Fe3+重新還原為Fe2+，使得系統Fe2+無法及時補充，進而影響HO?的生成，降低Fenton試劑的氧化能力[3]；同時HO?的氧化還原電位隨pH值的增加而減小[4]。綜上最適合的初始pH值為4。

2.2 H2O2投加量對COD去除率的影響

在H2O2投加量為40.0～160.0mL/L的范圍內，考察H2O2投加量對COD去除率的影響，結果如圖1所示。

由圖1可知，COD去除率隨著H2O2投加量的增加而不斷上升，投加量上升至120mL/L時，COD去除率達到峰值76%。當H2O2濃度處于低值范圍時，隨著濃度的增加，HO?的產生量增加，利于反應的進行，故COD去除率升高；但是當H2O2的濃度增加到一定程度時，由反應式Fe2++HO?→Fe3++OH-可知，反應體系中過量的H2O2會在反應開始時迅速把Fe2+氧化成Fe3+，結果造成其無效分解，既消耗了部分H2O2，又抑制了HO?的生成，使COD去除率下降。綜上，最適合的H2O2投加量為120mL/L。

圖 1 H2O2投加量對COD去除率的影響

2.3 FeSO4?7H2O投加量對COD去除率的影響

在FeSO4?7H2O投加量為2.5到40.0g/L的范圍內，考察FeSO4?7H2O投加量對COD去除率的影響，結果如圖2所示。

圖2 FeSO4?7H2O投加量對COD去除率的影響

由圖2可知，起初COD的去除率隨著FeSO4?7H2O投加量的增加而上升，當投加量超過20g/L時，COD去除率開始下降。其主要原因分析如下：Fe2+是產生HO?的必要條件，當Fe2+的濃度很低時，產生的HO?量很少，致使有機物的降解速率很慢；隨著Fe2+的增加，反應逐漸變快。而對于反應Fe2++HO?→Fe3++OH-，當Fe2+的濃度過高時，多余的Fe2+消耗了HO?，從而抑制了有機物的降解，導致COD的去除率下降[4]。綜上，最適合的FeSO4?7H2O投加量為20g/L。

2.4 反應時間對COD去除率的影響

在上述最佳條件下，考察COD降解歷程，結果見圖3。

由圖3可以看出，COD在開始時去除幅度較大，30min時其去除率就達到73%，而在40min以后趨于平穩，基本穩定在80%左右。這可能是因為反應初期，Fenton試劑的濃度比較高，有利于反應的進行，而40min后，剩余的有機污染物則很難被HO?氧化分解。綜合考慮去除率和經濟性，反應池的設計停留時間宜為40min。

圖3 COD去除歷程

3 結論

采用Fenton法預處理分子篩制造廢水，通過單因素實驗確定了最佳操作條件：pH為4，H2O2投加量為120mL/L，FeSO4?7H2O投加量為20g/L，反應時間為40min。相應的廢水COD去除率為80%，COD降至7000mg/L，Fenton試劑氧化法預處理分子篩制造廢水取得了較為理想的效果。

[1] 劉絢艷，尹篤林.鈦硅分子篩TS-1的合成改性及其催化功能[J].化工進展，2009，28（9）：1568-1573.

[2] 孫曉君，馮玉杰，蔡為民，等.廢水中難降解有機物的高級氧化技術[J].化工環保， 2001，21（5）：264-268.

[3] 李宏，史巍，劉治林.Fenton試劑法處理青霉素廢水[J].環境科學與管理， 2007，32（8）：104-105.

[4] 方志珍，湯利華.用Fenton試劑預處理農藥廢水實驗研究[J].安徽建筑工業學院學報，2010，18（4）：60-62.

Experimental Study on Wastewater Making of Pre-treatment Molecule Screen with Fenton Process

QIU Ling-feng, WU Huang-zhou, ZHENG Lin-hong

X703

A

1006-5377（2012）06-0053-03