高濃度工業(yè)廢水一般成分復(fù)雜，有機(jī)物含量較高，而且含有毒有害物質(zhì)，因此不能直接用于生物法處理。在生物處理之前，需要有預(yù)處理提高廢水的可生化性。目前，F(xiàn)enton法是一種比較有效地降解有毒有害物質(zhì)的高級(jí)氧化處理方法，它通過雙氧水與Fe2+反應(yīng)產(chǎn)生氧化能力較強(qiáng)的氫氧自由基降解有機(jī)物質(zhì)，將難降解的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成易降解有機(jī)物或CO2和H2O。

活性炭有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積(一般可高達(dá)1 000～3 000 m2/g)，它的化學(xué)穩(wěn)定性好、吸附性能優(yōu)良、便于再生利用等，這些優(yōu)點(diǎn)使得其成為一種重要的吸附材料。而且活性炭表面含有大量酸性或堿性基團(tuán)，酸性基團(tuán)有羧基、酚羥基、醌型羰基、正內(nèi)酯基及環(huán)氧式過氧基等。堿性基團(tuán)有相似于萘結(jié)構(gòu)的苯并惡英pyzopyrylium)的衍生物或類吡喃酮結(jié)構(gòu)基團(tuán)。這些基團(tuán)可以有效地吸附水中的有機(jī)物質(zhì)。本文采用Fenton氧化和活性炭吸附相結(jié)合的方法處理高濃度工業(yè)廢水，主要討論Fenton氧化的條件及其活性炭吸附能力與處理水量之間的關(guān)系。

1材料和方法

1.1廢水水質(zhì)

從表1數(shù)據(jù)可以得出，廢水的COD值較高，酸性較強(qiáng)，而且BOD/COD=0.095，較難生化降解。所以水樣需要進(jìn)行預(yù)處理后再進(jìn)行后期的生物處理。

1.2實(shí)驗(yàn)材料

FeS04•7H2O，H202(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％)，NaOH、HE1均為分析純。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

先取一定體積的水樣，加入H2O2和硫酸亞鐵Fenton試劑，用磁力攪拌器攪拌一定時(shí)間，取一定量的水樣，測(cè)其COD并計(jì)算其COD去除率。再用活性炭顆粒填充層析柱做成活性碳柱，將1％nton反應(yīng)后的水樣過活性炭柱，過柱后水樣測(cè)其COD值，并計(jì)算COD去除率。

2結(jié)果與討論

2.1Fenton氧化條件優(yōu)化

2.1.1最佳H2O2投加量確定

H2o2是Fenton反應(yīng)的氧化劑，所以H202的投加量對(duì)COD的去除率有很大的影響。取100mL高濃度工業(yè)廢水，F(xiàn)e2+與H2O2的摩爾比采用1：2加人不同質(zhì)量的FeS04•7H2O，然后加入不同質(zhì)量的30％H2o2，用磁力攪拌器攪拌60min后調(diào)pH=7，過濾狽4定濾液COD值并計(jì)算COD去除率。H2O2的投加量根據(jù)COD值，每2molH202產(chǎn)生imol的02的量計(jì)算。
加人H2o2時(shí)，COD去除率隨著H2o2量的增大而增大，當(dāng)H202加入量達(dá)到H2O2：COD=2：1時(shí)，COD去除率達(dá)到最高，當(dāng)超過這一H2O2用量時(shí)，COD的去除率隨著H2o2量的增大而減小。這是因?yàn)樵贖202濃度較低時(shí)，隨著H202量的增大，氫氧自由基也隨著增大，有利于反應(yīng)的進(jìn)行，COD的去除率增大，當(dāng)H202過量時(shí)，多余的H2o2會(huì)與氫氧自由基反應(yīng)形成•OOH，因此過量的H2o2成了氫氧自由基的抑制劑，使COD的去除率減小。而且多余的H2o2會(huì)與COD的測(cè)定試劑重鉻酸鉀發(fā)生反應(yīng)，會(huì)影響COD的測(cè)定結(jié)果lL5J5。所以，最佳H2o2量采用H202：COD=2。

2.1.2最佳Fe2投加量確定

Fe2是Fenton反應(yīng)發(fā)生的催化劑，沒有re2的催化作用，H2o2不能轉(zhuǎn)化成氫氧自由基氧化有機(jī)物，所以實(shí)驗(yàn)需要確定最佳Fe2投加量。取100mL高濃度工業(yè)廢水，H202與COD比值采用2：1，加入不同質(zhì)量的Fes04•7H20，用磁力攪拌器攪拌60min后調(diào)pH=7，過濾測(cè)定濾液COD值并計(jì)算COD去除率。
當(dāng)Fe2+濃度較低時(shí)，COD去除率隨著Fe2的增加而增大，這是由于較多的催化劑催化H2O2產(chǎn)生更多的氫氧自由基氧化有機(jī)物。當(dāng)Fe2+與H202摩爾比為l：4時(shí)，COD去除率最高為76.79％；當(dāng)re2超過這一投加量時(shí)，COD的去除率有下降趨勢(shì)。當(dāng)Fe2+過量時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：Fe2++HO•一Fe3++HO-，F(xiàn)e2+會(huì)與氫氧自由基發(fā)生反應(yīng)生成Fe3+，增加出水的色度J。而且過量的•OH自身會(huì)發(fā)生反應(yīng)，從而降低了氫氧自由基的含量，使得COD去除率降低。

2.1.3最佳pH值確定

pH值是benton反應(yīng)發(fā)生的重要條件，pH值的不同會(huì)影響Fenton反應(yīng)的機(jī)理。取100mL高濃度工業(yè)廢水，調(diào)節(jié)不同的pH值，按照H202：COD：2，F(xiàn)J：n202=1：4(摩爾比)的條件加入H2o2和FeS04•7H2O，用磁力攪拌器攪拌60min后調(diào)pH=7，過濾測(cè)定濾液COD值并計(jì)算COD去除率，當(dāng)pH=3時(shí)，COD的去除率最高，pH增大或減小時(shí)，COD去除率都有所減小。pH值過低時(shí)，H是•OH的抑制劑，H與•OH會(huì)發(fā)生反應(yīng)：H+•OH—H2O•，不利于•OH的產(chǎn)生，且H2o2分解慢，也不利于•OH的產(chǎn)生，因此COD去除率下降。當(dāng)pH值較高時(shí)，F(xiàn)e3+容易與OH一形成Fe(OH)3沉淀。導(dǎo)致反應(yīng)體系中Fd與Fe3+之間的平衡被破壞，F(xiàn)e3+向Fe2+轉(zhuǎn)化的反應(yīng)中止，F(xiàn)enton反應(yīng)不能繼續(xù)產(chǎn)生•OH，使得COD去除率下降。

2.1.4最佳反應(yīng)時(shí)間確定

反應(yīng)時(shí)間影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度，反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)不能充分完成，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，造成一定的浪費(fèi)，實(shí)驗(yàn)對(duì)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行考察。取100mL高濃度工業(yè)廢水，按照H202：COD=2，F(xiàn)e2+：H202=1：4的條件加入H202和FeSO4•7H2O，用磁力攪拌器攪拌不同時(shí)間后調(diào)pH=7，過濾測(cè)定濾液COD值并計(jì)算COD去除率，
在反應(yīng)的初始階段，COD去除率隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷提高，反應(yīng)初期，反應(yīng)產(chǎn)生的氫氧自由基較多，氧化能力較強(qiáng)。當(dāng)反應(yīng)60min后，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，COD去除率基本趨于平穩(wěn)。最佳反應(yīng)時(shí)間為60min。

2.2活性炭吸附

2.2.1活性炭最佳吸附量確定

活性炭具有較多的孔洞結(jié)構(gòu)，可作為吸附劑處理有機(jī)物質(zhì)。在吸附過程中，吸附劑與有機(jī)污染物成一定的比例關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)對(duì)活性炭與有機(jī)物去除率之間的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)。有機(jī)物去除率通過COD去除率得出。取15g活性炭加入層析柱中做成活性炭柱，加人不同量的Fenton反應(yīng)后水樣，過柱后測(cè)定取COD值，并計(jì)算COD去除率。相同質(zhì)量的活性炭中，加人Fenton反應(yīng)后水樣越多，COD去除率越小。當(dāng)進(jìn)水量為20mL時(shí)，COD去除率為55.88％；進(jìn)水量50mL時(shí)，COD去除率37.42％；當(dāng)進(jìn)水量為100mL時(shí)，COD去除率27.68％。這是由于當(dāng)有機(jī)物含量達(dá)到一定量時(shí)，活性炭吸附能力趨于飽和，繼續(xù)加入有機(jī)物，會(huì)使過多的有機(jī)物不能被吸附，導(dǎo)致COD去除率下降。較小的進(jìn)水量，導(dǎo)致活性炭的浪費(fèi)，實(shí)驗(yàn)最佳進(jìn)水量采用50mL。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.2.2Fenton氧化與活性炭吸附聯(lián)合反應(yīng)前后水質(zhì)變化高濃度廢水預(yù)處理前后指標(biāo)變化。



高濃度工業(yè)廢水預(yù)處理前后水樣指標(biāo)變化很大，色度去除率基本達(dá)到100％，COD去除率達(dá)到85.47％，BOD去除率達(dá)到33.28％，TOC去除率達(dá)到77.91％，廢水的可生化指標(biāo)從0.095提高到0.44，使廢水較易生化降解，預(yù)處理后水樣可以進(jìn)行后續(xù)生物處理。

3結(jié)論

(1)通過實(shí)驗(yàn)得出此高濃度廢水Fenton反應(yīng)的最佳的實(shí)驗(yàn)條件為：Fe2+：H202摩爾比采用1：4，雙氧水最佳用量采用H202：COD=2，反應(yīng)pH值為3，最佳反應(yīng)時(shí)間為60min，在最佳條件下，COD去除率達(dá)到85.47％。

(2)將Fenton反應(yīng)后水樣過活性炭柱，加入的水量越大，COD去除率越低，實(shí)驗(yàn)采用15g活性炭柱過濾50mL水樣為最佳實(shí)驗(yàn)條件。

(3)Fenton氧化和活性炭聯(lián)合方法使此廢水達(dá)到較好的去除效果，提高了廢水的可生化性，為后期生物處理提供了有利條件。(中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所 武漢理工大學(xué) 西安近代化學(xué)研究所 )