Fenton法深度处理化纤废水中的氧化作用和絮凝作用
[摘 要]采用Fenton高级氧化法深度处理化纤生化出水，考察其氧化作用和絮凝作用对有机物去除的贡献情况。结果表明：在控制初始pH值为3，c（Fe2+）为7.0 m mol/L，c（H2O2）为0.15 mol /L时，COD总去除率可高达63%，其中氧化作用去除率为40.1%，絮凝作用去除率为22.9%。初始pH、c（Fe2+）以及c（H2O2）的变化对氧化和絮凝作用影响显著，但在各个反应因素变化范围内氧化作用对COD去除率一直高于絮凝作用对COD去除率。
[关键词]Fenton；腈纶废水；氧化；混凝
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）16-0205-02
Fenton高级氧化法以其高效的处理能力而被广泛应用于污水处理领域，特别是在处理含有较多难降解有机污染物的工业废水方面表现出了明显的优越性[1]。它对有机物的高效去除效果吸引着诸多学者对其反应机理进行不断的研究探索，但是其中涉及的机理相当复杂，目前仍然很难对其明确阐明[2]。
当前世界公认的经典作用机理是羟基自由基理论，它是指是H2O2在Fe2+的催化作用下产生高活性的羟基自由基·OH，并引发一系列链式反应，快速氧化水中的有机物和还原类物质，从而达到净化水质的目的[3]。由于此种氧化机理难以解释实际废水处理中存在的一些现象，因此Sheng H.LIN和Walling等学者在传统反应机理的基础上又提出了Fenton试剂的絮凝沉降功能，并指出Fenton试剂的这种絮凝沉淀功能是降解COD的重要组成部分[4]。Fenton试剂在处理废水中所取得的较好的处理效果，一方面是因为羟基自由基的强氧化作用，另一方面也与其絮凝沉降作用是密不可分的[5]，可见Fenton试剂的氧化和混凝作用是影响其处理效果的重要因素。近年来已有研究者对这两种作用在去除垃圾渗滤液COD的贡献率方面进行了研究，但目前对Fenton法处理工业废水的氧化和絮凝作用机制的研究则较少[6]。
本研究采用Fenton高级氧化法对化纤废水生化处理单元出水进行处理，以COD为评价指标，探索适宜的反应条件，考察氧化作用和絮凝作用对生化出水中难降解有机物去除的贡献，并分析了初始反应pH值、c（Fe2+）以及c（H2O2）投加量等因素对氧化和絮凝作用的影响。
1 试验部分
1.1 试验用水
本试验用水取自某化纤厂污水处理系统中二沉池出水，其水质特征如表1所示。
表1 生化出水水质特征
Tab 2-1 the character of the biochemical wastewater effluent
1.2 主要试验仪器及药品
试验药品：H2O2（30%）、FeSO4·7H2O、NaOH溶液、H2SO4、AgSO4，、K2CrO4、纳氏试剂等药品（以上药品均为分析纯）。
试验仪器：MY3000-6C型混凝实验搅拌器（潜江梅宇仪器有限公司）；全玻璃回流装置（天津市泰斯特仪器有限公司）；PHS-3E型pH计（上海雷磁仪器厂）；HANGING FA 2004分析天平（上海天平仪器厂）。
1.3 试验方法
取1000mL二沉池出水于烧杯中，加入一定量FeSO4·7H2O，用质量分数为20%H2SO4或NaOH将水样的pH值调节到预定值，再加入一定量的H2O2，同时立即启动六联搅拌器（控制转度为400r/min），充分反应后暂停，用20%的NaOH溶液将反应后溶液的pH值调节到9左右，再慢速搅拌25min（控制转度为150r/min），絮凝沉淀。
为了消除残余H2O2对COD的影响，将上述反应后的溶液烧杯至于50℃水浴中30min，冷却后测定COD值[7]。
1.4 分析方法
化学需氧量（COD）：重铬酸钾法（GB11914—89）
COD总去除率、氧化作用COD去除率和混凝作用COD去除率按如下方法计算[6]：
假设初始水样COD浓度为C0；反应后，取静沉1小时后的上清液，其COD浓度为C1；采用搅拌器将烧杯内絮体悬浮液混合均匀 ，取一部分均匀混合的液体，其絮体和水体的总COD浓度计为C2，在此条件下有：
COD总去除率（ΔC总）=（C0-C1）/C0，
氧化作用对 COD的去除率（ΔC氧化）=（C0-C2）/C0，
絮凝作用对 COD的去除率（ΔC絮凝）=ΔC总-ΔC氧化.
2 试验结果与讨论
2.1 正交试验
设计采用正交试验确定试验的初步操作参数，同时考虑反应要充分，将反应时间同时纳入考察项目中，建立四因素三水平正交表L9（34），其考察因素水平和试验结果见表2和表3。
通过极差分析可得到试验因素的主次关系为：初始pH值>c（Fe2+）>c （H2O2）>反应时间；并由去除效果的排名情况确定出试验初步操作条件为：pH值为3，c（Fe2+）为7.00 m mol/L；c（H2O2）为0.15 mol/L；反应时间为90 min。
表2 正交试验因素水平
Tab.1 The factor level of orthogonal experiment
表3正交试验结果
Tab.2 The results of orthogonal experiment
2.2 单一因素对氧化和混凝作用的影响
2.2.1 初始pH值的影响
由上述正交试验结果，确定c（Fe2+）为7.00 mol/L，c （H2O2）为0.15 mol /L，反应时间为90 min，在此条件下，考察了初始pH对氧化作用和混凝作用的影响情况，结果见图1。