Fenton氧化预处理苯胺废水的试验研究

庞建峰

(淮阴工学院建筑工程学院，江苏淮安 223001)

0 引言

目前关于苯胺废水的处理方法已多有报道，如吸附法、光催化氧化法、超临界水氧化法、Fenton试剂氧化法等。Fenton试剂是由H202和Fe2+混合得到的一种强氧化剂，在酸性条件下试剂中的H202在Fe2+的催化作用下能产生具有强氧化能力的羟基自由基·OH，其具有很高的电极电势，可以无选择性的氧化大多数有机污染物。因此，近20年来，它在工业废水处理中的应用越来越受到人们的重视。本研究采用Fenton氧化法对安徽省池州市某制药公司的苯胺废水进行了预处理，探讨了各种因素对处理效果的影响，在反复试验的基础上确定了最佳工艺条件，为Fenton法处理苯胺生产废水提供了理论依据。

1 试验部分

1.1 试验试剂

质量分数为30%的双氧水、七水合硫酸亚铁、氢氧化钠、浓硫酸，重铬酸钾、硫酸亚铁铵、硫酸银、硫酸汞、硫酸氢钾、亚硝酸钠、氨基磺酸铵，均为分析纯。

1.2 试验仪器

79-1磁力搅拌器，BS224S电子天平，PB-10精密酸度计，UV-2000分光光度计。

1.3 废水来源

试验废水取自安徽省池州市某制药公司生产废水集水池，其主要组分为苯胺类化合物，pH值5 ～6，COD1300～1600 mg/L，苯胺300～500 mg/L，水样呈浅灰色。

1.4 试验方法

取水样100ml置于250ml烧杯中，调节 pH值，向溶液中依次加入一定量的FeSO4·7H20和质量分数为30%的H202，室温下置于磁力搅拌器中搅拌，促使其充分反应。反应一段时间后，用NaOH调节pH值至8～9，静置沉降后取上清液测定COD值和苯胺值，计算Fenton试剂对废水中COD和苯胺的去除率。

1.5 分析方法

pH测定:PB-10精密酸度计;COD测定:重铬酸钾法;苯胺测定:N-(1-萘基)乙二胺偶氮分光光度法。

2 结果与讨论

2.1 废水初始pH值对去除率的影响

取100ml水样于烧杯中，分别用H2SO4调节pH 值为 1.5、2.5、3.5、4.5、5.5 和 6.5，控制 FeSO4·7H2O 投加量为0.04g，H2O2投加量为 30uL，在室温条件下反应60min，考察不同pH值对废水中COD和苯胺去除率的影响。

图1 废水初始pH值对去除率的影响

由图l可知，pH值在2.5～4.5时COD和苯胺均有较高的去除率。其中pH为3.5时效果最好，这基本与文献中报道的用Fenton试剂处理其它废水的试验结果相符。按照经典的Fenton试剂反应理论，当pH值较高时，Fe2+容易形成Fe3+，而生成的Fe3+又可能形成羟基铁复合物导致溶液中Fe2+浓度降低，因此产生的·OH浓度也相对降低，并且H2O2在碱性溶液中不稳定，可能分解产生氧气和水而丧失氧化能力;当pH值较低时，溶液中的H+浓度过高，使Fe3+很难被还原为Fe2+，而Fe2+供给不足也会使·OH的数量减少，不利于氧化反应的进行。

2.2 H2O2投加量对去除率的影响

调节水样pH为3.5，控制FeSO4·7H2O的投加量为0.04g，改变 H202投加量，在室温下反应60min，考察H2O2投加量对去除率的影响，实验结果如图2所示。

图2 H2O2投加量对去除率的影响

由图2可知，随着H202用量的增加，废水中COD和苯胺的去除率先增大，而后出现明显下降。在H202投加量为30uL时，COD和苯胺的去除率最高，分别为50.8%和59.8%。H202用量对废水处理效果有至关重要的影响:在H202浓度较低时，·OH的量随H2O2浓度的增加而增加;当H202的浓度过高时，过量的H202不但不能分解产生更多的·OH，反而在反应中把Fe2+迅速氧化为Fe3+，使反应在Fe3+的催化下进行，这样既消耗了H2O2的用量，又抑制了·OH的产生，同时溶液中残留的过量H202又会在一定程度上增加出水中的COD，导致加入过量H2O2时COD去除率会显著下降。故试验中选用30uL的H2O2作为废水水样的最佳用量。

2.3 FeSO4·7H2O投加量对去除率的影响

调节水样pH值为3.5，控制H2O2用量为30 uL，改变 FeSO4·7H2O的投加量，室温下反应60min，考察不同FeSO4·7H2O投加量对废水处理效果的影响。

由图3可知，在FeSO4·7H2O用量较少时，COD和苯胺的去除率随着FeSO4·7H2O投加量的增加而快速增加，在0.04g左右达到最大值后，继续增加FeS04·7H20用量，COD和苯胺去除率均有减小的趋势。由反应机理可知，当Fe2+浓度很低时，·OH产生的数量和速度都相对较小，随着Fe2+浓度逐渐增大，·OH也逐渐增多，这有利于氧化反应进行;但Fe2+浓度过高会对H2O2的消耗也增多，从而减少·OH的产生，降低Fenton试剂的氧化能力;同时过量Fe2+被氧化成Fe3+，会造成出水色度加深，因此FeSO4·7H2O的投加量有一个适宜的值。根据试验结果，FeSO4·7H2O的投加量为0.04g时，COD和苯胺的去除率最大，分别为52.4%和64.8%，因此确定 FeSO4·7H2O 的最佳投加量是0.04 g。

图3 FeSO4·7H2O投加量对去除率的影响

2.4 反应时间对去除率的影响

调节水样的pH值至3.5，控制FeSO4·7H2O投加量为0.04 g，H2O2投加量为30 uL，改变反应时间，考察反应时间对废水去除效果的影响，试验结果如图4所示。

图4 反应时间对去除率的影响

从图4可以看出，随着反应时间的延长，COD和苯胺去除率明显增加。当反应时间为60min时，两者的去除率分别达到45.2%和64.2%;当反应进行到80min时，COD去除率最高为53.7%，之后随反应的进行反而出现下降，初步推断是反应过程中生成了新的有机物质，导致出水中COD值升高;在反应进行到80min时苯胺的去除率为69.3%，之后趋于平稳。考虑到生产实际与实验室之间的差异，可以适当延长反应时间，有利于充分反应，因此建议反应时间控制在80min左右较为合理。

3 结论

(1)Fenton氧化法在反应中能使废水中多数有机污染物降解，用于苯胺废水的预处理具有较好的效果。

(2)通过单因素试验，结果表明:在废水pH值为3.5，H2O2投加量为 0.3mL/L，FeSO4·7H2O 投加量为0.4g/L，室温下反应80min的条件下，COD和苯胺的去除率分别为54.8%和70.3%，改善了废水的生化性，为后续的生化处理提供了有利条件。

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