沈文豪 夏妤戎
上海大學 環境及化學工程學院， 上海 201800

　　摘 要:本文探討使用氧化、混凝、吸附組合的物理化學法，治理對羥基苯海因生產中產生的高濃度有機廢水。通過實驗，得出了兩次組合處理的適宜工藝條件, 廢水的色度可去除100%，COD可去除90%。
　　關鍵詞：廢水處理；氧化；混凝；吸附

　　對羥基苯海因生產中排出的高濃度廢水，具有成分復雜，pH變化大等特點，而且所含的有機物難以生物降解，污染性強。本文采用氧化、混凝、吸附組合的物理化學法進行處理,取得較好的處理效果。

1 實驗原理

　　近20年來，Fenton試劑在飲用水、生活污水、工業廢水的處理中得到了廣泛應用[1][2]。該試劑具有極強的氧化能力，這是由于在催化劑(鐵鹽)存在的情況下，過氧化氫會產生氫氧自由基(·OH)，氫氧自由基能以與臭氧類似的方式與有機物及其還原產物反應：
　　Fe²⁺ + H₂O₂ →Fe³⁺ + OH^- +·OH
　　·OH + RH →R· + H2O
　　R+ H₂O₂ → ROH+·OH
　　·OH+ Fe²⁺ →OH^-+ Fe³⁺
　　Fenton試劑中的Fe²⁺ 不僅起催化作用，還可在一定pH值下發生氧化反應，生成的Fe(OH)₃ 以膠體形態存在，具有凝聚、吸附性能，可除去水中部分懸浮物和雜質。
　　風化煤、泥煤和褐煤是一種天然的富含腐蝕酸的物質，含有多種活性基團，決定其具有陽離子吸附性質，它們可直接或者經簡單處理后作吸附劑用。煤渣是一種由多種物質組成的混合物，煤渣中的碳粒，其表面呈多孔狀，并有大量不飽和鍵和活性基因，故具有吸附性能；此外，煤渣還含有單質Fe和FeO、Al₂O₃、SiO₂、CaO、MgO等多種氧化物以及硅酸鹽，它們不僅具有類似分子篩的吸附性能，而且在一定酸度范圍內產生的硅酸膠體和氫氧化物，可起混凝和助凝作用。

2 廢水的予吸附處理

　　對羥基苯海因生產廢水取自上海實業化工有限公司，廢水成分復雜，無法得知其確切的成分，pH小于1，呈強酸性，實測COD=169400mg/L，且含有Cl-，廢水呈藍黑色。由于直接處理難以完成，故先將廢水稀釋20倍，COD = 8000mg/L左右，pH = 1，進行處理。
2.1 吸附劑選擇及其用量的確定
　　考慮到稀釋后廢水濃度仍很高，直接使用Fenton試劑處理在經濟上不合算，決定先進行予吸附，以煤粉和煤渣作吸附劑進行比較。實驗結果表明，處理1L廢水，使用400g煤渣吸附效果最佳，COD去除率達40.3%，但吸附后廢水顏色未變，而且煤渣浸泡時間過長會使pH上升,不利于Fenton試劑的處理。而使用400g煤粉作吸附劑時雖去除率（32.1%）不及煤渣，但吸附后廢水顏色呈淺橙色，甚至是無色，pH基本保持不變，況且吸附后的煤粉可直接送入鍋爐焚燒，不存在二次污染問題。所以予吸附處理1L廢水選用400g煤粉為好。
2.2 吸附攪拌時間的確定
　　取廢水若干份，每份100ml，各加等量40g煤粉，取不同吸附攪拌時間，測其COD去除率，作以比較。實驗表明，加煤粉攪拌60min為最佳條件，COD去除率為32.1%。

3 Fenton試劑與煤粉的一次組合處理

3.1 一次組合處理最適宜工藝條件
　　將經予處理的廢水用Fenton試劑進行氧化，然后再用煤粉吸附。為了尋求既經濟而處理效果又好的最佳工藝條件，本著減少H₂O₂用量，增加煤粉用量，作正交試驗。試驗結果表明，最適宜工藝條件是，處理1L廢水需要Fenton試劑48ml，煤粉400g，Fenton試劑的氧化時間和煤粉的吸附攪拌時間均為30 min，COD去除率為67.7%。。
3.2 廢水pH值及溫度的影響
　　文獻［3］報道，對含酚廢水的COD去除，以Fe²⁺ 作催化劑其最佳pH范圍在1.5-5.0之間，最佳pH值為3.5，而該廢水基本符合上述條件，故無需在實驗中調節pH值。
　　廢水溫度過高，不利于吸附處理，也會使H₂O₂分解過快，同時由于廢水中水分蒸發，使測定的COD值沒有代表性，故實驗中不必加熱。
3.3 Fenton試劑中Fe²⁺ /H₂O₂ 的配比
　　Fenton試劑中FeSO4與H₂O₂ 配比，既要考慮Fe²⁺ 對 H₂O₂的催化分解作用，也要考慮它對廢水色度的影響。文獻［４］報道，用體積法測定3% H₂O₂分解的半衰期t1/2，在Fe²⁺ / H₂O₂分別為0.2，0.4，0.6，0.8，1.0時，得出H₂O₂完全分解的時間依次為26，18，10，4，1min。可見，當Fe²⁺ 加入量過少時，H₂O₂分解慢，產生的自由基就少；當Fe²⁺ 加入量過多時，H₂O₂分解太快，來不及與廢水中的有機物反應。因此，Fe²⁺ 過多或過少均不利于廢水中COD的去除，Fe²⁺ / H₂O₂一般取0.25-0.30為宜。我們使用的是濃度為30%的H₂O₂ ，根據Fe²⁺ / H₂O₂最佳配比，1ml H₂O₂需要濃度為1mol/L 的FeSO4 溶液3ml,即配制4ml Fenton試劑需30% H₂O₂ 1ml和1mol/L FeSO4 3ml。

4 Fenton 試劑與煤粉的兩次組合處理

　　在試驗中發現，一次組合處理后的廢水為淺黃色，若將一次組合處理所得的最適宜用量分成兩份，即將Fenton試劑用量及煤粉用量分兩次使用，而每次反應時間和煤粉吸附時間均保持30 min，可使廢水呈無色透明溶液。
　　將已用煤粉予吸附過的廢水，以1L為處理單位，作第一次組合處理，Fenton試劑用量分別取8、16、24、32和40ml,煤粉投入量分別取100、200和300g。過濾后，濾液再作第二次組合處理，將試劑和煤粉補足至最佳用量，即Fenton試劑補足48ml，煤粉補足400g，攪拌后過濾，取樣測定COD，并比較COD去除率。
　　正交試驗結果表明，影響廢水COD去除率的主要因素是Fenton試劑的第一次投加量，其次是煤粉第一次投加量。經綜合分析，認為較適宜的水平組合為：處理1L廢水，第一次組合使用Fenton試劑32ml，煤粉300g；第二次組合使用Fenton試劑16ml，煤粉100g，Fenton試劑的氧化時間和煤粉的吸附時間均為30 min。處理后廢水為無色透明，pH=7左右，COD去除率為90.2%，較一次組合處理提高25%左右。

5 結論

5.1 采用本法處理對羥基苯海因生產廢水是可行的。經煤粉予吸附及Fenton試劑與煤粉的兩次組合處理后，廢水的色度可去除100%，COD可去除90%。
5.2 本法工藝處理程序為，先用煤粉予吸附，處理1L廢水需煤粉用量400g，吸附時間為1h；然后進行兩次組合處理，第一次組合使用Fenton試劑32ml和煤粉300g，第二次組合使用Fenton試劑16ml和煤粉100g，氧化時間和吸附時間均為30min。
5.3 本法中所用煤粉經吸附后可送入鍋爐焚燒，無二次污染，比使用活性炭吸附經濟。

參 考 文 獻:

[1] 王炳坤 環境化學.1987,6(5):80.
[2] 劉勇弟.上海環境科學.1994,13(6):26.
[3] Eckenfelder W W J. Industrial Water Pollution Control. 2nd Edition. McGraw-
Hill, 1989.
[4] 叢錦華, 趙海霞. 化工環保. 1997,17(2):90.