芬頓法處理含酚廢水的實驗研究

苗秀榮，李同發

(太原工業學院 環境與安全工程系，山西 太原 030008)

伴隨我國社會經濟的日益發展，各個行業都在這一過程中獲得了一定進步，但是，自古以來，發展和環境破壞就處于一個矛盾的狀態，因此，在各行各業欣欣向榮的背景下，每年所產生的廢水也越來越多，而水作為人類不可或缺的重要資源，若是受到污染，則會給人們的日常生活形成巨大影響，可以說是災難性的。特別是含酚廢水來源廣泛，且危害性大，很多工廠的日常生產工作中，都會有含酚廢水產生，進而影響到人們的日常生活，更是給植物、動物及人類的生命健康帶去威脅。所以，關于水中的含酚濃度，我國進行了明確規定。當前，對于含酚廢水中的酚類物質降解，主要采用的方法有生物法、化學法以及物理法。

H.J.H．Fenton[1]在一次蘋果酸的研究實驗中,因實驗條件的pH為酸性，在過氧化氫的存在下，將亞鐵離子加入進去后，發現會明顯加快蘋果酸的氧化速度，遂得出，在兩者存在的前提下，會有一種促進氧化的物質產生，因此，他展開了深入研究，對芬頓試劑的發明形成了促進，在后續的相關研究中，芬頓試劑運用愈加廣泛，被用來治理多種廢水，如硝基苯廢水、甘醇廢水、除草劑廢水、農藥廢水以及苯酚廢水等，所收獲的處理效率均較理想，應用前景十分廣闊。

在本次研究中，重點改變了四種影響因素，即反應時間、pH值、Fe2+、H2O2投加量，對含酚廢水模擬展開處理。然后在含酚廢水經過各種影響因素處理后對吸光度進行測定，將相應的COD去除率和含量求出，確定出反應的最佳條件。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品

本次實驗所采用的藥品主要有如下：氯化銨(分析純)、鐵氰化鉀(分析純)、硫酸汞(分析純)、重鉻酸鉀(分析純)、硫酸銀(分析純)、4-氨基安替比林、鄰苯二甲酸氫鉀(分析純)、FeSO4·7H2O(分析純)、30% H2O2溶液、苯酚(分析純)、硫酸溶液等。

1.2 實驗儀器

本次實驗所采用的儀器主要有752型紫外可見分光光度計、YHCOD-100型COD自動消解回流儀、pH計以及78-1型磁力加熱攪拌器等。

1.3 實驗方法

將一定濃度的苯酚溶液配好之后，在250 mL錐形瓶中倒入50 mL廢水樣，加入NaOH溶液或是稀硫酸將pH調節到指定值，后將30%的H2O2和一定質量的硫酸亞鐵加入進去，在磁力加熱攪拌器上放好，經過約20 min的反應時間后，將之取下來，用消解儀進行消解，消解時間為30 min，當結束消解后，要等待消解管冷卻，溫度降到60℃為宜，這時候就需要從裝置上取下三角瓶，靜置，冷卻至室溫，取上清液在600 nm處用分光光度計測其吸光度，將COD值求出，也就是反應完后水溶液中COD的濃度,COD的去除效率采用公式計算η為:

η=(C0﹣Ce)/C0×100%

式中，η：廢水中COD的去除率，%；

C0: 廢水 COD的初始濃度，mg/L；

Ce: 處理之后的COD濃度，mg/L。

2 結果與討論

2.1 H2O2投加量對COD去除率的影響

分別取五份100 mL的含酚廢水放到250 mL的錐形瓶內，初始濃度為100 mg/L，COD為2492 mg/L，采用鹽酸將pH值調節為4，將FeSO4·7H2O 2.5 g加入后，進行不同體積的過氧化氫投加，反應1 h后，取上清液對其吸光度進行測定，結果見圖1。

從圖1中，我們能夠看出，在氧化氫投加量較低的時候，COD的去除率也不高，這便說明一定范圍內和投加量是呈正相關，去除率達到頂峰的時候為92.34%，這時候加入的氧化氫為4 mL，若仍進行投入量的加大，則不會使去除率出現變化，甚至還會有減少的情況出現。之所以如此，是由于羥基已經完全氧化分解了這時候廢水中的有機物，形成了有著穩定化學性質的溶液，因此，就算投入更多的H2O2，也不能給芬頓試劑與廢水中有機物的反應產生促進作用，并且，會因為H2O2的過量影響到COD的測量，而若投入較少的過氧化氫，這時候也不能把FeSO4·7H2O中的Fe2+完全氧化為Fe3+,產生的羥基自由基不足，也會給去除水中有機物產生影響，導致測出的吸光度偏大[2]。因此，H2O2的最佳投加量為4 mL。

圖1 H2O2投加量對COD去除率的影響

2.2 FeSO4·7H2O投加量對COD去除率的影響

分別取五份100 mL的含酚廢水放到250 mL的錐形瓶內，初始濃度為100 mg/L，COD為2492 mg/L，使用鹽酸對pH值進行調節使之為4，將4 mL H2O2加入進去，并加入質量不同的硫酸亞鐵，反應1 h后，靜置，取上清液測其吸光度，結果見圖2。

圖2 FeSO4·7H2O投加量對COD去除率的影響

從圖2中我們能夠不難發現，COD去除率達到頂峰的時候為87.23%，投加量為2 g，隨著不斷加入，持續降低著去除率，之所以如此，是因為芬頓試劑中，FeSO4·7H2O中的亞鐵離子是作為催化劑的，過多的投加量，會導致溶液中催化劑有著較高的含量，進而出現過多的·OH，但這時候水中的有機物基本已經反應完了，剩下的·OH不但無法起到任何的作用，還會出現·OH大量聚集的情況，同時，互相反應釋放出氧氣與水，給去除率形成直接影響；然而，若是投加量較少，伴隨投加量的不斷加大，COD去除率呈持續上升趨勢，這是因為開始的時候，Fe2+比較少，不會產生較多的羥基，因而去除率也就不高，隨著投加量的加大，羥基產生更多，也就提高了COD的去除率。所以，FeSO4·7H2O最佳投加量為2 g。

2.3 pH值對COD去除率的影響

分別取五份100 mL的含酚廢水放到250 mL的錐形瓶內，初始濃度為100 mg/L，COD為2492 mg/L，采用NaOH或是鹽酸對溶液進行調節，使之在2～10，然后分別加入FeSO4·7H2O 2 g，4 mL H2O2，反應1 h，取上清液對其吸光度進行測定，結果見圖3。

圖3 pH值對COD去除率的影響

通過分析上圖我們能夠得知，COD去除率最高的時候，pH值調節為4，在pH過低的時候(強酸性)，Fe3+不易被還原為二價鐵離子，導致溶液中Fe2+不足，并且與過氧化氫所反應生產的羥基量也不夠，這就使得不能完全將水中有機物進行氧化分解，使之成為水與二氧化碳，增大了吸光度，也相應降低了COD的去除率。在一定的范圍內，去除率的增加是隨pH增大一同變化的；但是，若pH值大于4的時候，不僅不能增加去除率，還會由于過高的pH，降低H2O2的活性，給其自身的分解形成抑制，由于無法產生足夠的羥基自由基量，造成水中有較多的剩余有機物，進而增大了所測吸光度，也會相應降低COD去除率。總而言之，這項實驗的最佳pH值初步確定為4[3]。

2.4 反應時間對COD去除率的影響

分別取五份100 mL的含酚廢水放到250 mL的錐形瓶內，初始濃度為100 mg/L，COD為2492 mg/L，使用鹽酸對pH值進行調節使之為4，然后分別將FeSO4·7H2O 2 g，4 mL H2O2，加入進去，不同反應時間，取上清液測其吸光度,結果見圖4。

圖4 反應時間對COD去除率的影響

通過分析上圖，我們能夠發現25 min的反應時間，去除率達到峰值為89.3%，去除率伴隨時間的延長，不會減少反而會增加，但是變化范圍不大，且均比89.13%小。之所以如此，是由于去除率在剛開始的時候會跟時間的推移呈正比關系，但反應到一定程度之后，基本去除完了有機物，這時候形成的溶液有著較為穩定的性質，因此，不會再較大受時間的影響，所以，25 min為最佳的反應時間。

3 結論

通過系統實驗研究芬頓法處理含酚廢水，得出的結論有如下：

(1)25 min的反應時間，溫度為常溫，pH值為4，H2O2投加量為4 mL，FeSO4·7H2O投加量為2 g，這時候COD去除率為峰值。因此，這是芬頓法處理苯酚溶液的最佳條件。

(2)在處理含酚廢水的過程中，芬頓法的效果較為良好，并且反應條件相對簡單，經濟性較強，很容易就能夠備齊藥品。伴隨人們對環境問題的愈加重視，芬頓法將會獲得更為廣泛的運用[4]。