鄭 雯，陳 丹，宋文靜，朱延美

(泰山醫(yī)學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，山東 泰安 271016)

國內(nèi)水污染主要來自于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活用水，其中以工業(yè)廢水和生活排放的污水為主。近20年來，雖然我國在不斷提高污水的處理率，但污水的年排放量仍在大幅度增加[1]。工業(yè)污水特別是高濃度有機(jī)廢水大多含難降解有機(jī)物或金屬鹽，成分復(fù)雜、顏色深和氣味濃重，很難直接應(yīng)用傳統(tǒng)生物處理工藝處理。

芬頓氧化法，是一種高級氧化技術(shù),它能夠高效的去掉難降解的有機(jī)污染物[2]。因其實(shí)驗(yàn)設(shè)備較簡單、有利于操作、反應(yīng)較快、廉價(jià)高效等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境污染物處理領(lǐng)域引起了國內(nèi)外科學(xué)家的極大關(guān)注[3]。化學(xué)混凝應(yīng)用更為廣泛，可以有效的去處廢水膠體及微小懸浮固體，芬頓氧化還可以對進(jìn)一步降低混凝處理后廢水的化學(xué)需氧量和色度[4]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 廢水水質(zhì)

試驗(yàn)原水為某膏藥加工尾氣處理廢水，化學(xué)需氧量為2500 mg/L左右，色度為200倍，廢水pH值為4.7左右，水質(zhì)渾濁，有刺鼻氣味。

1.2 儀器和試劑

儀器：Jan-78型磁力加熱攪拌器、pHS-25C型數(shù)顯酸度計(jì)、G8023CSL-K3型微波密封消解COD速測儀。試劑：濃硫酸(98%)、NaOH、Fe2SO4·7H2O、H2O2(30%)、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鋁、聚丙烯酰胺。以上試劑均為分析純。

1.3 試驗(yàn)方法

化學(xué)混凝試驗(yàn)：分別制備了5%的聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鐵、硫酸亞鐵溶液，將廢水pH值調(diào)至8左右，加入一定量上述混凝劑，快速攪拌1min后再加入助凝劑(聚丙烯酰胺0.1%)緩慢攪拌，靜置沉淀，取上清液檢測COD并觀察。

芬頓氧化試驗(yàn)：將廢水pH值調(diào)至3左右，分別加入不同比例的硫酸亞鐵(1.32 mol/L)和雙氧水(30%)，快速攪拌20min后靜置60min左右，取上清液進(jìn)行COD及色度的測量。

化學(xué)混凝-芬頓氧化聯(lián)合應(yīng)用：將廢水在最佳混凝劑及其投加量、最佳pH值、最佳混凝時(shí)間的條件下，進(jìn)行混凝試驗(yàn)，取混凝上清液試驗(yàn)芬頓試劑投加量等操作條件對化學(xué)需氧量及色度的去除效果。

1.4 分析方法

試驗(yàn)采用重鉻酸鉀法測COD，采用pH酸度計(jì)測定pH值，采用稀釋倍數(shù)法測定廢水色度。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)混凝試驗(yàn)研究

2.1.1 混凝劑種類及其用量對廢水處理效果的影響

圖1、圖2分別是不同品種混凝劑用量對廢水COD及色度去除率的試驗(yàn)結(jié)果。利用聚合氯化鋁混凝試驗(yàn)時(shí)，外觀效果尚好，沉淀較少，上清液較為清澈，混凝劑用量增加時(shí)，上清液顏色加深，COD去除率整體呈上升趨勢。以聚合硫酸鋁為混凝劑，去除率整體隨用量增加而有所增加，但上清液較渾濁，絮體沉淀效果較差。以聚合硫酸鋁鐵為混凝劑，形成絮體較輕，難以沉淀，上清液不清晰，COD去除率較差。以硫酸亞鐵為混凝劑時(shí)，上清液顏色較深，沉淀量少。以聚合硫酸鐵為混凝劑，上清液較清澈，絮體易于沉淀，混凝效果較好。以聚合氯化鋁為混凝劑時(shí)，COD 去除率波動較明顯，上清液較渾濁。本實(shí)驗(yàn)所選混凝劑對廢水中化學(xué)需氧量的去除率普遍不高，當(dāng)混凝劑為聚合氯化鋁，濃度為3000PPM時(shí)廢水COD去除率最高可達(dá)40%。

圖1 混凝劑用量對COD去除率的影響

圖2 混凝劑用量對色度去除率的影響

由圖2可以看出，本試驗(yàn)所選混凝劑對該廢水的色度有較好的處理效果。除硫酸亞鐵外，各混凝劑對廢水色度的去除率大體相當(dāng)，多數(shù)去除率都在60%～70%。色度去除率最大可達(dá)到85%。伴隨著混凝劑投加量的繼續(xù)增加，廢水色度的去除率又明顯下降。綜合分析，在試驗(yàn)條件范圍內(nèi)，當(dāng)混凝劑為聚合硫酸鐵，濃度為50 mg/L時(shí)，對廢水色度的去除率達(dá)到85%。

綜合比較五種混凝劑對廢水的效果可以看出聚合氯化鋁對化學(xué)需氧量的處理效果最好，聚合硫酸鐵混凝效果及色度的去除率較好。綜合考慮五種混凝劑對去除率的影響，確定混凝劑選擇聚合硫酸鐵，投加量確定為1000 mg/L。

2.1.2 廢水pH值對聚合硫酸鐵混凝實(shí)驗(yàn)效果的影響

聚合硫酸鐵投加量為1000 mg/L，改變混凝初始pH值進(jìn)行試驗(yàn)，得到圖3。圖3可以看出，在實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定范圍內(nèi)，COD去除率隨pH值的升高先增加后降低，pH值為8時(shí)，COD去除率達(dá)到最大值40.0%。同時(shí)，色度去除率基本維持在25%左右，pH值影響不明顯。

圖3 pH值對COD去除率的影響

2.1.3 混凝沉淀時(shí)間對廢水處理效果的影響

聚合硫酸鐵投加量為1000 mg/L、pH值為8，不同沉淀時(shí)間取樣檢測，得到圖4。

圖4 沉淀時(shí)間對COD去除率的影響

由圖4可知，沉淀時(shí)間為3h，COD去除率達(dá)到最大值，沉淀時(shí)間延長，COD去除率有所下降。

2.2 芬頓氧化試驗(yàn)研究

2.2.1 雙氧水與硫酸亞鐵投加量對廢水處理效果的影響

廢水中分別加入不同濃度的芬頓試劑，進(jìn)行氧化試驗(yàn)?？紤]到鐵離子的混凝作用，氧化完成后調(diào)節(jié)上清液pH值為8，在此條件下鐵離子將形成氫氧化鐵絮體沉淀，使廢水得以澄清，得到圖5。

圖5 雙氧水用量對COD去除率的影響

由圖5可知，雙氧水用量增加，COD去除率有所升高，上清液pH值調(diào)至8有助于COD去除，去除率可達(dá)到82.2%。芬頓試劑會引起色度增加，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系pH值可以有效的改善色度去除效果。

2.2.2 廢水pH對處理效果的影響

由圖6可知，芬頓氧化時(shí)不同pH值對化學(xué)需氧量的去除會有影響，芬頓氧化時(shí)最佳pH值為3，pH值超過或小于這個(gè)值時(shí)，COD的去除率均會有所下降。但pH值的改變基本對色度沒有多少影響。

圖6 pH值對COD去除率的影響

由圖6可知，廢水pH值對化學(xué)需氧量的去除有影響，pH值為3時(shí)去除率最高，但對色度去除率影響不大。

2.2.3 芬頓氧化反應(yīng)時(shí)間對廢水處理效果的影響

圖7 靜置時(shí)間對COD去除率的影響

由圖7可知，反應(yīng)時(shí)間對COD去除率有影響，最佳反應(yīng)時(shí)間為80min。

2.2.4 溫度的影響

圖8 溫度對COD去除率的影響

由圖8可知，反應(yīng)溫度對提高有助于COD去除，但溫度升至35℃以上， COD的去除率較穩(wěn)定。

2.3 聯(lián)合試驗(yàn)研究

聚合硫酸鐵投加量為1000ppm、初始pH值為8、混凝沉淀時(shí)間3h后取上清液進(jìn)行芬頓氧化，反應(yīng)溫度設(shè)為35℃，初始pH值為3，反應(yīng)80min后得到圖9。

由圖9可知，化學(xué)混凝和芬頓氧化聯(lián)合處理廢水，出水COD可達(dá)247.5mg/L，出水較為清澈。聯(lián)合處理廢水時(shí)雙氧水最適投加量為50 mg/L，硫酸亞鐵用量為38mg/L，COD的去除率可達(dá)90%。

圖9 雙氧水用量對COD去除率的影響(nH2O2∶nFe2+=10∶1)

3 結(jié)論

(1)混凝劑的投加量、pH值、混凝時(shí)間、芬頓反應(yīng)時(shí)間，均對試驗(yàn)廢水處理效果有一定影響；混凝試驗(yàn)中，聚合硫酸鐵混凝效果最好，沉淀速度較快，在聚合硫酸鐵投加量為1000ppm、沉淀時(shí)間為3 h、混凝初始pH值為8時(shí)，混凝劑對COD的去除率達(dá)到41%；

(2)芬頓氧化試驗(yàn)中，當(dāng)雙氧水投加量為80 mL/L，反應(yīng)初始pH值為3，反應(yīng)時(shí)間為80min時(shí)，COD去除率最大值可達(dá)到89.0%；混凝與芬頓氧化聯(lián)合試驗(yàn)表明，在以上最佳試驗(yàn)條件下進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)研究，COD去除率可達(dá)到90%以上且上清液澄清。