Fenton法深度處理青霉素廢水的實驗研究

摘 要：青霉素廢水是一種高濃度有機工業廢水，研究以某制藥有限公司生化排水為對象，采用Fenton法對制藥廢水進行處理研究，基于正交試驗方法，分析試劑投加量、反應初始PH和反應時間等對處理效果的影響。結果表明，COD去除率的影響程度大小順序為：H2O2投加量、反應初始PH、H2O2/Fe2+摩爾比、反應時間。Fenton法處理青霉素廢水最佳條件為：初始反應PH值為4，H2O2投加量為0.03mol/L，H2O2/Fe2+摩爾比為20：1，反應時間120min，去除率達57.8%。

關鍵詞：制藥廢水；Fenton法；正交試驗；深度處理

Fenton氧化法[1]是利用在酸性條件下Fe2+催化氧化H2O2產生·OH，利用·OH氧化分解有機物，同時，Fe2+被氧化成Fe3+產生混凝沉淀作用，去除大量有機物。可見，Fenton氧化法在水處理中具有氧化和混凝兩種作用[2]。

實驗所用水樣取自某制藥有限公司二級生化處理后廢水[3]，本文采用正交試驗法，一種利用正交表來安排與分析多因素多水平試驗的設計方法，對制藥廢水進行深度氧化試驗，通過處理數據分析各因素對COD去除率的影響規律，選出最優的水平組合，為現場工藝參數優化提供依據。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗用水與水質

某制藥有限公司主要生產青霉素，其綜合廢水處理工藝為水解酸化+CASS，本實驗用水取自該廢水處理站的生化處理出水，水質PH為7.8，COD為1143mg/L。

1.2 實驗方法

取200ml水樣，用H2SO4將其調至一定PH，然后加入一定量的FeSO4·7H2O和H2O2（30%）混合均勻，待充分反應后用NaOH將水樣的PH調至9左右，加入PAM，靜置一段時間后取上清液測定廢水指標。

2 工藝參數優化試驗

2.1 正交試驗指標和因素水平的確定

影響Fenton氧化法反應的主要因素有初始反應PH值、H2O2投加量、H2O2/Fe2+摩爾比和反應時間，因此設計四因素三水平的正交實驗。詳見表1。

2.2 優化參數試驗方案的設計

根據四因素三水平正交表控制反應條件并進行試驗，具體正交試驗表與試驗結果如表2所示。

從表2正交實驗的結果分析得出，所選定的影響因素中，各因素對COD去除率的影響大小依次為H2O2投加量>PH>H2O2/Fe2+摩爾比>反應時間。正交實驗初步確定最佳方案為：PH=4，H2O2投加量0.02mol/L，H2O2/Fe2+為20：1，反應時間為60min，COD的去除率可以達到54.4%。

3 各因素對COD去除率的影響

Fenton氧化法正交實驗的基礎上，進一步研究單因素實驗對COD去除率的影響，從而確定最佳反應條件。

3.1 雙氧水對COD去除率的影響

根據正交實驗初步確定的反應條件，控制初始反應PH值為4，H2O2/Fe2+摩爾比為20：1，反應時間60min，考察H2O2投加量對COD去除效果的影響，確定最佳H2O2投加量，實驗結果如圖1所示。

由圖1可知，隨著H2O2投加量的增加，COD去除率呈現增長的趨勢，原因是隨著H2O2投加量的增大，產生的·OH增多，廢水中的有機物被氧化。當H2O2投加量大于0.03mol/L時，COD去除率變化緩慢，這是由于過量的H2O2會與·OH發生反應，消耗部分·OH，使COD去除率不能明顯的提高，因此確定雙氧水最佳投加量為0.03mol/L，COD去除率可達57.8%。

3.2 初始PH對COD去除率的影響

控制H2O2投加量為0.03mol/L，H2O2/Fe2+摩爾比為20：1，反應時間60min，分析初始反應PH對COD去除效果的影響，確定最佳初始反應PH，實驗結果如圖2所示。

Fenton氧化法在酸性條件會對H2O2的分解有一定的促進作用，產生更多的·OH，促進水中COD的去除。如圖2所示，隨著初始pH的升高，水中COD去除率先逐漸升高，PH=4時，COD去除率達57.3%。之后繼續升高pH，COD去除率逐漸降低，原因是由于PH較高時，H2O2不穩定，易分解，·OH產生量減少，使COD去除率降低，因此最佳初始反應PH為4。

3.3 H2O2/Fe2+的摩爾比對COD去除率的影響

控制初始反應PH值為4，H2O2投加量為0.03mol/L，反應時間60min，分析H2O2/Fe2+摩爾比對COD去除效果的影響，實驗結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著H2O2/Fe2+摩爾比的增加，COD去除率呈現增長的趨勢， 當H2O2/Fe2+摩爾比為20：1時，COD去除率達到最大，為54.4%。隨著H2O2/Fe2+摩爾比繼續增大，COD去除率降低，過量的H2O2會過多消耗·OH，·OH對有機物的氧化減少，故H2O2/Fe2+摩爾比最佳為20：1。

3.4 反應時間對COD去除率的影響

為了研究反應時間對青霉素廢水處理的影響，設計了6個時間梯度，從圖4可以看出，隨著反應時間的增加，COD去除率呈上升趨勢，對水中有機物的降解增強，在120min時COD去除率達到最大，為56.7%。到120min后趨于穩定，因此最佳反應時間為120min。

4 結束語

本文采用正交試驗法對Fenton氧化青霉素廢水深度處理進行了多因素多水平優化試驗研究，分析了影響COD去除率的因素和規律，并最終優選出了初始反應PH值為4，H2O2投加量為0.03mol/L，H2O2/Fe2+摩爾比為20：1，反應時間120min，去除率達57.8%，為現場工藝參數優化提供了依據。

參考文獻

[1]賈勝娟，楊春風，趙東勝.Fenton氧化技術在廢水處理中的研究與應用進展[J].工業水處理，2008（10）：5-9.

[2]張玲玲，李亞峰，孫明，等.Fenton氧化法處理廢水的機理及應用[J].遼寧化工，2004（12）：734-737.

[3]李再興，左劍惡，劇盼盼，等.Fenton氧化法深度處理抗生素廢水二級出水[J].環境工程學報，2013（01）：132-136.

作者簡介：潘曙光（1991-），男，漢族，內蒙古呼和浩特，就讀學校：內蒙古工業大學能源與動力工程學院。