芬顿法处理含酚废水的实验研究

苗秀荣，李同发

(太原工业学院 环境与安全工程系，山西 太原 030008)

伴随我国社会经济的日益发展，各个行业都在这一过程中获得了一定进步，但是，自古以来，发展和环境破坏就处于一个矛盾的状态，因此，在各行各业欣欣向荣的背景下，每年所产生的废水也越来越多，而水作为人类不可或缺的重要资源，若是受到污染，则会给人们的日常生活形成巨大影响，可以说是灾难性的。特别是含酚废水来源广泛，且危害性大，很多工厂的日常生产工作中，都会有含酚废水产生，进而影响到人们的日常生活，更是给植物、动物及人类的生命健康带去威胁。所以，关于水中的含酚浓度，我国进行了明确规定。当前，对于含酚废水中的酚类物质降解，主要采用的方法有生物法、化学法以及物理法。

H.J.H．Fenton[1]在一次苹果酸的研究实验中,因实验条件的pH为酸性，在过氧化氢的存在下，将亚铁离子加入进去后，发现会明显加快苹果酸的氧化速度，遂得出，在两者存在的前提下，会有一种促进氧化的物质产生，因此，他展开了深入研究，对芬顿试剂的发明形成了促进，在后续的相关研究中，芬顿试剂运用愈加广泛，被用来治理多种废水，如硝基苯废水、甘醇废水、除草剂废水、农药废水以及苯酚废水等，所收获的处理效率均较理想，应用前景十分广阔。

在本次研究中，重点改变了四种影响因素，即反应时间、pH值、Fe2+、H2O2投加量，对含酚废水模拟展开处理。然后在含酚废水经过各种影响因素处理后对吸光度进行测定，将相应的COD去除率和含量求出，确定出反应的最佳条件。

1 实验部分

1.1 实验药品

本次实验所采用的药品主要有如下：氯化铵(分析纯)、铁氰化钾(分析纯)、硫酸汞(分析纯)、重铬酸钾(分析纯)、硫酸银(分析纯)、4-氨基安替比林、邻苯二甲酸氢钾(分析纯)、FeSO4·7H2O(分析纯)、30% H2O2溶液、苯酚(分析纯)、硫酸溶液等。

1.2 实验仪器

本次实验所采用的仪器主要有752型紫外可见分光光度计、YHCOD-100型COD自动消解回流仪、pH计以及78-1型磁力加热搅拌器等。

1.3 实验方法

将一定浓度的苯酚溶液配好之后，在250 mL锥形瓶中倒入50 mL废水样，加入NaOH溶液或是稀硫酸将pH调节到指定值，后将30%的H2O2和一定质量的硫酸亚铁加入进去，在磁力加热搅拌器上放好，经过约20 min的反应时间后，将之取下来，用消解仪进行消解，消解时间为30 min，当结束消解后，要等待消解管冷却，温度降到60℃为宜，这时候就需要从装置上取下三角瓶，静置，冷却至室温，取上清液在600 nm处用分光光度计测其吸光度，将COD值求出，也就是反应完后水溶液中COD的浓度,COD的去除效率采用公式计算η为:

η=(C0﹣Ce)/C0×100%

式中，η：废水中COD的去除率，%；

C0: 废水 COD的初始浓度，mg/L；

Ce: 处理之后的COD浓度，mg/L。

2 结果与讨论

2.1 H2O2投加量对COD去除率的影响

分别取五份100 mL的含酚废水放到250 mL的锥形瓶内，初始浓度为100 mg/L，COD为2492 mg/L，采用盐酸将pH值调节为4，将FeSO4·7H2O 2.5 g加入后，进行不同体积的过氧化氢投加，反应1 h后，取上清液对其吸光度进行测定，结果见图1。

从图1中，我们能够看出，在氧化氢投加量较低的时候，COD的去除率也不高，这便说明一定范围内和投加量是呈正相关，去除率达到顶峰的时候为92.34%，这时候加入的氧化氢为4 mL，若仍进行投入量的加大，则不会使去除率出现变化，甚至还会有减少的情况出现。之所以如此，是由于羟基已经完全氧化分解了这时候废水中的有机物，形成了有着稳定化学性质的溶液，因此，就算投入更多的H2O2，也不能给芬顿试剂与废水中有机物的反应产生促进作用，并且，会因为H2O2的过量影响到COD的测量，而若投入较少的过氧化氢，这时候也不能把FeSO4·7H2O中的Fe2+完全氧化为Fe3+,产生的羟基自由基不足，也会给去除水中有机物产生影响，导致测出的吸光度偏大[2]。因此，H2O2的最佳投加量为4 mL。

图1 H2O2投加量对COD去除率的影响

2.2 FeSO4·7H2O投加量对COD去除率的影响

分别取五份100 mL的含酚废水放到250 mL的锥形瓶内，初始浓度为100 mg/L，COD为2492 mg/L，使用盐酸对pH值进行调节使之为4，将4 mL H2O2加入进去，并加入质量不同的硫酸亚铁，反应1 h后，静置，取上清液测其吸光度，结果见图2。

图2 FeSO4·7H2O投加量对COD去除率的影响

从图2中我们能够不难发现，COD去除率达到顶峰的时候为87.23%，投加量为2 g，随着不断加入，持续降低着去除率，之所以如此，是因为芬顿试剂中，FeSO4·7H2O中的亚铁离子是作为催化剂的，过多的投加量，会导致溶液中催化剂有着较高的含量，进而出现过多的·OH，但这时候水中的有机物基本已经反应完了，剩下的·OH不但无法起到任何的作用，还会出现·OH大量聚集的情况，同时，互相反应释放出氧气与水，给去除率形成直接影响；然而，若是投加量较少，伴随投加量的不断加大，COD去除率呈持续上升趋势，这是因为开始的时候，Fe2+比较少，不会产生较多的羟基，因而去除率也就不高，随着投加量的加大，羟基产生更多，也就提高了COD的去除率。所以，FeSO4·7H2O最佳投加量为2 g。

2.3 pH值对COD去除率的影响

分别取五份100 mL的含酚废水放到250 mL的锥形瓶内，初始浓度为100 mg/L，COD为2492 mg/L，采用NaOH或是盐酸对溶液进行调节，使之在2～10，然后分别加入FeSO4·7H2O 2 g，4 mL H2O2，反应1 h，取上清液对其吸光度进行测定，结果见图3。

图3 pH值对COD去除率的影响

通过分析上图我们能够得知，COD去除率最高的时候，pH值调节为4，在pH过低的时候(强酸性)，Fe3+不易被还原为二价铁离子，导致溶液中Fe2+不足，并且与过氧化氢所反应生产的羟基量也不够，这就使得不能完全将水中有机物进行氧化分解，使之成为水与二氧化碳，增大了吸光度，也相应降低了COD的去除率。在一定的范围内，去除率的增加是随pH增大一同变化的；但是，若pH值大于4的时候，不仅不能增加去除率，还会由于过高的pH，降低H2O2的活性，给其自身的分解形成抑制，由于无法产生足够的羟基自由基量，造成水中有较多的剩余有机物，进而增大了所测吸光度，也会相应降低COD去除率。总而言之，这项实验的最佳pH值初步确定为4[3]。

2.4 反应时间对COD去除率的影响

分别取五份100 mL的含酚废水放到250 mL的锥形瓶内，初始浓度为100 mg/L，COD为2492 mg/L，使用盐酸对pH值进行调节使之为4，然后分别将FeSO4·7H2O 2 g，4 mL H2O2，加入进去，不同反应时间，取上清液测其吸光度,结果见图4。

图4 反应时间对COD去除率的影响

通过分析上图，我们能够发现25 min的反应时间，去除率达到峰值为89.3%，去除率伴随时间的延长，不会减少反而会增加，但是变化范围不大，且均比89.13%小。之所以如此，是由于去除率在刚开始的时候会跟时间的推移呈正比关系，但反应到一定程度之后，基本去除完了有机物，这时候形成的溶液有着较为稳定的性质，因此，不会再较大受时间的影响，所以，25 min为最佳的反应时间。

3 结论

通过系统实验研究芬顿法处理含酚废水，得出的结论有如下：

(1)25 min的反应时间，温度为常温，pH值为4，H2O2投加量为4 mL，FeSO4·7H2O投加量为2 g，这时候COD去除率为峰值。因此，这是芬顿法处理苯酚溶液的最佳条件。

(2)在处理含酚废水的过程中，芬顿法的效果较为良好，并且反应条件相对简单，经济性较强，很容易就能够备齐药品。伴随人们对环境问题的愈加重视，芬顿法将会获得更为广泛的运用[4]。