Fenton氧化法處理化工廢水的實驗研究

修 婧

(龍巖市長汀環(huán)境監(jiān)測站，福建 龍巖 366300)

近年來，F(xiàn)enton法因其具有強烈的氧化性且無選擇性，目前已廣泛的應用到多種工業(yè)廢水[1-4]，利用Fenton法可有效處理酚類、芳烴類和農藥類等有機難降解廢水，其應用于廢水處理的化學機理如下[5]：

本實驗采用Fenton法處理某化工項目的硝基苯胺、二氨基甲苯(TDA)、甲苯二異氰酸酯(TDI)三種化工廢水，廢水水量占比分別為22%、60%、18%。項目主體工藝采用“Fenton+生化處理”，為減少藥劑投加量，根據(jù)分質處理原則，開展Fenton試劑投加量對三種廢水處理效果的實驗，以指導項目方案設計。

1 實驗材料與方法

1.1 原水水質

實驗用水來自事業(yè)部現(xiàn)場取的三股廢水，其水質和水量情況如表1所示。

表1 某化工項目廢水水質與水量Table 1 Water quality and quantity of wastewater from a chemical project

續(xù)表1

如表1所示，硝基苯胺廢水pH呈堿性(約為9.46)，CODCr高達17000 mg/L，其中2，4-二硝基苯酚含量高達27100 mg/L，總氮高達6208 mg/L，B/C約為0.269。TDA氫化廢水pH呈堿性(約為9.88)，CODCr高達3940 mg/L，氨氮約為1536 mg/L，總氮約為1529 mg/L，B/C約為0.373。TDI紅水pH呈弱酸性(約為6.65)，CODCr約為4000 mg/L，氨氮約為318 mg/L，總氮約為3462 mg/L，B/C約為0.336。

1.2 實驗儀器

pH計、六聯(lián)電動攪拌器、多參數(shù)水質測定儀、消解儀、電子分析天平、恒溫搖床等。

1.3 實驗方法

取廢水1000 mL放入燒杯中，用H2SO4和NaOH調節(jié)pH，向廢水中加入一定量的Fe2SO4·7H2O，調節(jié)pH=3，然后在攪拌機上攪拌約15 min，加入30%H2O2，攪拌約1 h，隨后調節(jié)pH=7，加入1～2 mg/L PAM，攪拌20 min，靜置，取上清液測試分析。

2 實驗結果

2.1 Fenton試劑投加量對硝基苯胺廢水的處理效果

2.1.1 對COD和B/C的處理效果

由于本項目采用“Fenton+生化處理”的技術路線，因此Fenton的處理效果以CODCr和B/C變化為主要的評價指標，具體數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 Fenton試劑投加量對硝基苯胺廢水的處理效果Fig.1 Treatment effect of Fenton reagent dosage on nitroaniline wastewater

Fe2+是催化產生自由基的必要條件，在無Fe2+的條件下，H2O2難以分解產生·OH，發(fā)揮氧化作用[6]。硝基苯胺廢水處理前CODCr為17000 mg/L，B/C為0.269，由圖1可知投加不同量的Fenton試劑后，CODCr去除率最高可達到45.0%。其中由C1組和D1組數(shù)據(jù)可知，當D1組的投加量比C1組投加量增加1倍時，CODCr去除率只提高了2.6%，且Fenton試劑投加量越多會導致污泥處理費用增加，同時C1組的B/C提高至0.56，可采用生化工藝進行下一步處理。因此綜合考慮處理效果和經(jīng)濟性，建議采用C1組的Fenton試劑投加量(30 g/L Fe2SO4·7H2O+10 mL/L H2O2)處理硝基苯胺廢水。

2.1.2 對硝基苯酚、氨氮、總氮的處理效果

在C1組的Fenton試劑投加量(30 g/L Fe2SO4·7H2O+10 mL/L H2O2)條件下處理硝基苯胺廢水，考察Fenton法對該類廢水其他指標的處理效果，數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可知，采用Fenton法處理硝基苯胺廢水，對硝基苯酚的去除率高達83.6%，表明Fenton法能有效降解硝基苯酚。氧化前后，廢水的總氮去除率不高，而氨氮呈現(xiàn)上升的趨勢，這一實驗現(xiàn)象主要是因為Fenton反應屬于氧化法，無法將水中的氮素轉化為氮氣從而去除水中的總氮，同時硝基苯胺發(fā)生氧化，發(fā)生C-N鍵斷裂，使苯環(huán)上的-NH2斷裂后轉化成氨氮。

表2 Fenton法對硝基苯胺廢水的處理效果Table 2 Treatment effect of Nitroaniline wastewater by Fenton process

2.2 Fenton試劑投加量對TDA廢水的處理效果

2.2.1 對COD和B/C的處理效果

TDA廢水處理前CODCr為3988 mg/L，B/C為0.37，氧化后CODCr和B/C數(shù)據(jù)如圖2所示。

由圖2可知投加不同量的Fenton試劑后，CODCr去除率最高可達到73.6%(D2組)，此時B/C為0.31，而投加量較少的B2和C2組的CODCr去除率分別達到59.6%、68.3%，B/C分別為0.37、0.45。TDA廢水的初始CODCr為3988 mg/L，遠小于硝基苯胺廢水(17000 mg/L)，且TDA廢水量占比達到60%，因此綜合考慮，建議采用B2組(5.1g/L Fe2SO4·7H2O+1.7 mL/L H2O2)作為TDA廢水的Fenton試劑投加量。

圖2 Fenton試劑投加量對TDA廢水的處理效果Fig.2 Treatment effect of Fenton reagent dosage on TDA wastewater

2.2.2 對氨氮和總氮的處理效果

表3 Fenton法對TDA廢水的處理效果Table 3 Treatment effect of Fenton process on TDA wastewater

在B2組的Fenton試劑投加量(5.1 g/L Fe2SO4·7H2O+1.7 mL/L H2O2)條件下處理TDA廢水，考察Fenton法對該類廢水其他指標的處理效果，數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3數(shù)據(jù)可知，采用Fenton法處理TDA廢水，對總氮和氨氮的去除率不高，實驗數(shù)據(jù)表明Fenton法無法去除水中的氮素。

2.3 Fenton試劑投加量對TDI廢水的處理效果

2.3.1 對COD和B/C的處理效果

TDI廢水處理前CODCr為4364 mg/L，B/C為0.30，氧化后CODCr和B/C數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 Fenton試劑投加量對TDI廢水的處理效果Fig.3 Treatment effect of Fenton reagent dosage on TDI wastewater

由圖3可知投加不同量的Fenton試劑后，CODCr去除率最高可達到57.2%(E3組，即21 g/L Fe2SO4·7H2O+7 mL/L H2O2)，此時出水CODCr約為1866 mg/L，B/C為0.29。

2.3.2 對氨氮和總氮的處理效果

在E3組的Fenton試劑投加量(21 g/L Fe2SO4·7H2O+7 mL/L H2O2)條件下處理TDI廢水，考察Fenton法對該類廢水其他指標的處理效果，數(shù)據(jù)如表4所示。

由表4數(shù)據(jù)可知，采用Fenton法處理TDI廢水，對總氮和氨氮的去除率不高，實驗數(shù)據(jù)再一次表明Fenton法無法去除水中的氮素。

表4 Fenton法對TDI廢水的處理效果Table 4 Treatment effect of Fenton process on TDI wastewater

2.4 綜合投加量測算

根據(jù)上述實驗結果，每種廢水的Fenton試劑投加量如表5所示。經(jīng)測算，采用Fenton法處理某化工項目廢水，F(xiàn)eSO4·7H2O的平均投加量為10.9 g/L，30% H2O2的平均投加量為3.6 mL/L。

表5 某化工項目廢水Fenton實際投加量Table 5 Actual Fenton dosage of wastewater from a chemical project

3 結 論

(1)建議某化工項目廢水預處理段采用分質處理路線，投加不同量的Fenton試劑處理硝基苯胺廢水、TDA廢水、TDI廢水，混合進入后續(xù)生化處理段。綜合測算，F(xiàn)eSO4·7H2O的平均投加量為10.9 g/L，30% H2O2的平均投加量為3.6 mL/L。

(2)采用30 g/L Fe2SO4·7H2O+10 mL/L H2O2處理某化工項目的硝基苯胺廢水，CODCr去除率可達42.4%，B/C為0.56，硝基苯酚去除率達83.6%，但對氨氮和總氮去除效果不佳。

(3)采用5.1 g/L Fe2SO4·7H2O+1.7 mL/L H2O2處理某化工項目的TDA廢水，CODCr去除率可達59.6%，B/C為0.37，但對氨氮和總氮去除效果不佳。

(4)建議采用21 g/L Fe2SO4·7H2O+7 mL/L H2O2處理某化工項目的TDI廢水，CODCr去除率可達57.2%，B/C為0.29，但對氨氮和總氮去除效果不佳。