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摘 要：以Fenton试剂处理某化工厂有机废水。结果表明，Fenton反应的最佳操作条件为：H2O2投加量为0.15mol/L，FeSO4投加量为4mmol/L，初始pH为3，反应时间90min。在最佳工艺条件下，有机废水色度去除率达98%以上，出水呈无色，CODCr去除率达80%以上，同时出水B/C值大幅提高，达到0.49，预处理效果良好，有利于进一步生化处理。
关键词：有机化工废水 Fenton试剂 预处理
某化工厂排放的有机废水含有大量难降解有机物，废水色度高，严重影响后续生物处理系统的正常运行。结合国内外对难降解有机物污染物尤其是高色度废水的处理技术的现状和研究成果，对该废水进行Fenton试剂预处理，使其色度降低，以减轻后续处理的负荷，消除对生物处理的不利影响。Fenton试剂法是一种高级氧化技术，其反应体系复杂，但实质是二价铁离子（Fe2+）和过氧化氢之间的链式反应催化生成·OH自由基来氧化分解有机物，·OH自由基具有很高的电极电位（2.80V），可以迅速氧化水中的有机物，使得Fenton体系在处理难降解化工废水时优势明显。本实验以该有机化工废水为研究对象，通过正交实验以及单因素实验确定了Fenton反应的最佳工艺条件，为该处理的后续应用提供技术参数。
一、实验部分
1.材料与仪器
FeSO4·7H2O、H2O2（30%）、H2SO4、NaOH均为分析纯；某化工厂的有机化工废水，水质见表1。
MY3000-6智能搅拌仪；奥力龙868型pH计；MS104电子分析天平。
2.实验方法
取500mL废水于1000mL有机玻璃杯中，调节pH值，加入适量FeSO4溶液和H2O2溶液，置于搅拌仪上，开启搅拌仪，反应一定时间后，加入15%NaOH溶液，调节pH至9，静止30min，取其上清液测定CODCr、色度。
3.分析方法
pH值用玻璃电极法；CODCr用重铬酸钾法；BOD5用化学稀释接种法；色度用铂钴比色法。所有分析方法均按照国家环保部颁布的《水和废水监测分析方法》执行。
二、结果与讨论
1.正交实验
综合考虑各种因素设计了以H2O2投加量、FeSO4投加量、pH值和反应时间为变量的4因素4水平正交实验，因素水平见表2。
2.单因素实验
考察预处理中色度去除率、出水CODCr，进一步优化实验条件。
2.1H2O2投加量对色度去除率、出水CODCr的影响。在FeSO4投加量4mmol/L，废水pH=3，反应时间为90min的条件下，调节H2O2投加量，H2O2投加量对色度去除率、出水CODCr的影响见图1。
由图1可知，随着H2O2投加量的增加，色度去除率先增大后略有下降，出水CODCr先减小后略有增大。在H2O2浓度较低时，随着分解产生自由基，反应一开始就把Fe2+迅速氧化为Fe3+，而使氧化在Fe3+的催化下进行，这样既消耗了H2O2又抑制了·OH，并且过量的H2O2还原性从一定程度上增加了出水CODCr。在H2O2投加量0.15～0.20mol/L，色度去除率和出水CODCr处理效果最好。考虑到处理成本，采用H2O2投加量为0.15mol/L。
2.2FeSO4投加量对色度去除率、出水CODCr的影响。在H2O2投加量0.15mol/L，废水pH=3，反应时间为90min的条件下，调节FeSO4投加量，FeSO4投加量对色度去除率、出水CODCr的影响见图2。
由图2可知，随着FeSO4投加量增加，色度去除率先大幅增加，随后略有下降；出水CODCr先降低后增加。Fe2+是催化产生自由基·OH的必要条件，在没有Fe2+存在的条件下，H2O2难以分解产生自由基，当Fe2+的浓度过低时，反应Fe2++H2O2→Fe3++→OH+OH-速度很慢，因此自由基产生速度和量都很小，降解过程受到抑制。当Fe2+过量时，它还原H2O2且自身氧化为Fe3+，消耗H2O2的同时增加出水色度。适当的Fe2+投加量将会有利于反应的进行，提高降解效率。因此，选择FeSO4投加量为4mmol/L。
2.3pH值对色度去除率、出水CODCr的影响。在H2O2投加量0.15mol/L，FeSO4投加量4mmol/L，反应时间为90min时，pH值对色度去除率、出水CODCr的影响见图3。
2.4反应时间对色度去除率、出水CODCr的影响。在H2O2投加量0.15mol/L，FeSO4投加量4mmol/L，废水pH=3的条件下，考察反应时间对色度去除率、出水CODCr的影響，结果见图4。
由图4可知，反应时间90min，色度去除率和出水CODCr都达到了最佳值。随着反应时间的增加，色度去除率和出水CODCr趋于稳定。综合考虑，选择反应时间为90min。
3.验证实验
上述单因素实验结果表明，最佳实验条件为：H2O2投加量0.15mol/L，FeSO4投加量4mmol/L，pH=3，反应时间90min，进行验证实验，结果见表3。
由表4可知，在最佳实验条件下，Fenton试剂氧化工艺对该废水的色度和CODCr均有较好的处理效果，色度去除率达到98.2%，CODCr去除率可达到82%以上，出水基本无色，CODCr小于120mg/L，完全达到预处理的目的。
三、结论
Fenton试剂氧化法处理该有机废水的最佳工艺条件为：H2O2投加量0.15mol/L，FeSO4投加量4mmol/L，pH=3，反应时间90min。
在最佳工艺条件下，有机废水色度去除率达到98%以上，出水呈无色，CODCr的去除率也达到了80%以上，同时出水B/C值大幅提高，达到0.49，预处理效果良好，为后续生化处理奠定了基础。
参考文献
[1] 黄明，朱云，肖锦，等. 高浓度难降解有机工业废水的处理技术评价[J]. 工业水处理，2004，24（ 4） ： 1-5.
[2]陈传好，谢波. Fenton 试剂处理废水中各影响因子的作用机制[J]. 环境科学，2000，21（ 5） ： 93-96.
[3]曹国凭，高伟杰，张树德. Fenton 法预处理叔丁醇模拟废水的影响因素研究[J]. 工业水处理，2012，32（ 1） ：50-52.
关键词：有机化工废水 Fenton试剂 预处理
某化工厂排放的有机废水含有大量难降解有机物，废水色度高，严重影响后续生物处理系统的正常运行。结合国内外对难降解有机物污染物尤其是高色度废水的处理技术的现状和研究成果，对该废水进行Fenton试剂预处理，使其色度降低，以减轻后续处理的负荷，消除对生物处理的不利影响。Fenton试剂法是一种高级氧化技术，其反应体系复杂，但实质是二价铁离子（Fe2+）和过氧化氢之间的链式反应催化生成·OH自由基来氧化分解有机物，·OH自由基具有很高的电极电位（2.80V），可以迅速氧化水中的有机物，使得Fenton体系在处理难降解化工废水时优势明显。本实验以该有机化工废水为研究对象，通过正交实验以及单因素实验确定了Fenton反应的最佳工艺条件，为该处理的后续应用提供技术参数。
一、实验部分
1.材料与仪器
FeSO4·7H2O、H2O2（30%）、H2SO4、NaOH均为分析纯；某化工厂的有机化工废水，水质见表1。
MY3000-6智能搅拌仪；奥力龙868型pH计；MS104电子分析天平。
2.实验方法
取500mL废水于1000mL有机玻璃杯中，调节pH值，加入适量FeSO4溶液和H2O2溶液，置于搅拌仪上，开启搅拌仪，反应一定时间后，加入15%NaOH溶液，调节pH至9，静止30min，取其上清液测定CODCr、色度。
3.分析方法
pH值用玻璃电极法；CODCr用重铬酸钾法；BOD5用化学稀释接种法；色度用铂钴比色法。所有分析方法均按照国家环保部颁布的《水和废水监测分析方法》执行。
二、结果与讨论
1.正交实验
综合考虑各种因素设计了以H2O2投加量、FeSO4投加量、pH值和反应时间为变量的4因素4水平正交实验，因素水平见表2。
2.单因素实验
考察预处理中色度去除率、出水CODCr，进一步优化实验条件。
2.1H2O2投加量对色度去除率、出水CODCr的影响。在FeSO4投加量4mmol/L，废水pH=3，反应时间为90min的条件下，调节H2O2投加量，H2O2投加量对色度去除率、出水CODCr的影响见图1。
由图1可知，随着H2O2投加量的增加，色度去除率先增大后略有下降，出水CODCr先减小后略有增大。在H2O2浓度较低时，随着分解产生自由基，反应一开始就把Fe2+迅速氧化为Fe3+，而使氧化在Fe3+的催化下进行，这样既消耗了H2O2又抑制了·OH，并且过量的H2O2还原性从一定程度上增加了出水CODCr。在H2O2投加量0.15～0.20mol/L，色度去除率和出水CODCr处理效果最好。考虑到处理成本，采用H2O2投加量为0.15mol/L。
2.2FeSO4投加量对色度去除率、出水CODCr的影响。在H2O2投加量0.15mol/L，废水pH=3，反应时间为90min的条件下，调节FeSO4投加量，FeSO4投加量对色度去除率、出水CODCr的影响见图2。
由图2可知，随着FeSO4投加量增加，色度去除率先大幅增加，随后略有下降；出水CODCr先降低后增加。Fe2+是催化产生自由基·OH的必要条件，在没有Fe2+存在的条件下，H2O2难以分解产生自由基，当Fe2+的浓度过低时，反应Fe2++H2O2→Fe3++→OH+OH-速度很慢，因此自由基产生速度和量都很小，降解过程受到抑制。当Fe2+过量时，它还原H2O2且自身氧化为Fe3+，消耗H2O2的同时增加出水色度。适当的Fe2+投加量将会有利于反应的进行，提高降解效率。因此，选择FeSO4投加量为4mmol/L。
2.3pH值对色度去除率、出水CODCr的影响。在H2O2投加量0.15mol/L，FeSO4投加量4mmol/L，反应时间为90min时，pH值对色度去除率、出水CODCr的影响见图3。
2.4反应时间对色度去除率、出水CODCr的影响。在H2O2投加量0.15mol/L，FeSO4投加量4mmol/L，废水pH=3的条件下，考察反应时间对色度去除率、出水CODCr的影響，结果见图4。
由图4可知，反应时间90min，色度去除率和出水CODCr都达到了最佳值。随着反应时间的增加，色度去除率和出水CODCr趋于稳定。综合考虑，选择反应时间为90min。
3.验证实验
上述单因素实验结果表明，最佳实验条件为：H2O2投加量0.15mol/L，FeSO4投加量4mmol/L，pH=3，反应时间90min，进行验证实验，结果见表3。
由表4可知，在最佳实验条件下，Fenton试剂氧化工艺对该废水的色度和CODCr均有较好的处理效果，色度去除率达到98.2%，CODCr去除率可达到82%以上，出水基本无色，CODCr小于120mg/L，完全达到预处理的目的。
三、结论
Fenton试剂氧化法处理该有机废水的最佳工艺条件为：H2O2投加量0.15mol/L，FeSO4投加量4mmol/L，pH=3，反应时间90min。
在最佳工艺条件下，有机废水色度去除率达到98%以上，出水呈无色，CODCr的去除率也达到了80%以上，同时出水B/C值大幅提高，达到0.49，预处理效果良好，为后续生化处理奠定了基础。
参考文献
[1] 黄明，朱云，肖锦，等. 高浓度难降解有机工业废水的处理技术评价[J]. 工业水处理，2004，24（ 4） ： 1-5.
[2]陈传好，谢波. Fenton 试剂处理废水中各影响因子的作用机制[J]. 环境科学，2000，21（ 5） ： 93-96.
[3]曹国凭，高伟杰，张树德. Fenton 法预处理叔丁醇模拟废水的影响因素研究[J]. 工业水处理，2012，32（ 1） ：50-52.