植物油废水深度处理芬顿试验
2011-04-05 16:29阅读：
一、 试验目的：
本次试验的目的主要是研究芬顿试剂对废水的去除效果以及在不同去除效果下的投药量和投药成本；分析各种因素对芬顿去除效果的影响；找出能够使废水降到60mg/L的最佳投药量及反应条件。
二、 试验原理：
Fenton试剂法是目前应用较多的一种催化氧化法。能氧化许多有机分子且系统不需高温高压，对大多数醇类、酮类、酯类等有较好的氧化效果，苯酚、氯酚、氯苯及硝基酚等也能被氧化。将亚铁盐添加到双氧水中，随着双氧水的分解，利用产生的HO进行反应。同时，Fenton试剂也是一种很好的脱色剂，在常温常压pH
值为3.0~3.5下对高浓度废水平均脱色率为80~90%，CODcr的去除率达70%以上。当H2O2和Fe2+混合后，发生下列一系列反应：
Fe2++H2O2→Fe3++?OH+OHˉ
(1)
Fe3++H2O2→Fe2++HO2?+H+
(2)
Fe2++?OH →Fe3++OHˉ (3)
Fe3++ HO2 →Fe2+ +O2+H
+ (4)
?OH+ H2O2→H2O+HO2
(5)
?OH+ 有机物分子 → 产物 (6)
?OH+?OH→ H2O2 (7)
铁盐在反应中主要作为一种催化剂。铁盐的投加量与有机物的降解速率无关，只是控制H2O2的催化分解速度。同时，Fe2+/H2O2之物质量比与有机物的浓度有关，
有机物结构形式的不同也直接影响此比值的大小。因此，氧化不同有机物，存在不同的铁盐及H2O2的投加量。铁盐除了催化作用外，也是一种良好的混凝剂，铁盐的各种络合物通过絮凝作用也去除了CODcr等有机污染物。
三、试验内容
影响试验的因素及加药量是本次试验的重点，在芬顿试验中的主要的影响因素包括pH、温度、Fe2+及H2O2的投药量、反应时间等，考虑在实际工程中的应用，在此次试验中，温度将不作为指标进行试验，因此本次试验将对作为变量的其他几个因素进行试验，找出最佳的处理效果。
成本计算：双氧水30%按照1100元/吨计算，硫酸亚铁按照200元/吨计算。
四、试验所需要的器材：
1、试验药品：
（1）30%双氧水：密度1.11g/cm3,即1100g/L
（2）FeSO4·7H2O
（3）稀硫酸(调节PH值用)
（4）COD测定所需药品
2、试验仪器：
（1）500ml烧杯6个、中速定性滤纸
（2）电磁搅拌器、玻璃棒
（3）钟表
（4）COD测定仪、酸式滴定管
（5）pH酸度计
3、水样
COD浓度=210mg/L
五、试验步骤
根据以上的实验内容，将试验分成以下几个步骤进行：
1、pH值的影响
首先将pH值作为不变量，在反应时间、温度不变的情况下，试样将分别在PH=7、PH=6、PH=5、PH=4.5的情况下，调整加药量，反应时间为1.5小时，观察分析芬顿对于COD的去除效果。
2、FeSO4投加量的影响
根据试验1中的结果，筛选出最佳PH值，双氧水的加量不变，逐渐调整硫酸亚铁的加药量，观察分析不同比例下芬顿对于COD的去除。
3、双氧水投加量的影响
根据试验1中的结果，筛选出最佳pH值，硫酸亚铁的加量不变，逐渐调整硫酸亚铁的加药量，观察分析不同比例下芬顿对于COD的去除。
4、反应时间的影响
在室温条件下（10℃），取500ml水样，在PH=5的情况下，原水COD浓度为210mg/L,加入0.75ml双氧水和0.66g硫酸亚铁（H2O2：FeSO4=2:1）进行芬顿反应，分取1.5h,3h,4h的水样进行过滤，并测定COD，研究不同反应时间内，芬顿对于废水COD的去除情况。
5、废水有机物和COD去除率的关系
根据实际情况，观察在同样加药量的情况下，芬顿试剂对于原水COD的去除情况，并得出最佳运行成本。
六、实验结果及分析
1、pH值对COD去除率的影响
在室温条件下（10℃左右），取200ml水样，用（3+7）稀硫酸调整到PH=7、PH=6、PH=5、PH=4.5值的条件下，加入0.2ml的H2O2和0.178g的FeSO4，比例为H2O2：FeSO4=2:1，搅拌混匀，反应1.5h后测定pH值，然后利用中速定量滤纸过滤后，测定COD。
见图一：
从图一可以看出，对于本类废水，芬顿试剂对原水的最佳pH值要求在5.0，从反应结果上看，最佳的反应pH值在3.0-4.0之间
2、FeSO4投加量对COD去除率的影响
在室温条件下（10℃左右），根据试验1中的结果，可以看出在原水pH=5的情况下，加药后的pH值在3.0时为最佳PH值，取200ml水样，加入0.1ml双氧水，按照FeSO4：H2O2
=0.3,0.5,1,23,4的倍数关系，逐渐调整硫酸亚铁的加药量，观察分析不同比例下芬顿对于COD的去除率。
从图二可以看出，硫酸亚铁和双氧水的比值并不是随着比例的增加而增加，其有一个最佳的投加点，即在比值为0.5或2的时候出现大的去除率，但综合成本分析，即在硫酸亚铁和双氧水的比值在0.5时（双氧水投加量为0.1ml，硫酸亚铁投加量为0.091g）为性价比最高。
3、H2O2投加量对COD去除率的影响
在室温条件下（10℃左右），根据试验1中的结果，在pH=5的情况下，原水COD调整到170mg/L，取200ml水样，硫酸亚铁的投加量为0.091g，按照双氧水0.05ml,0.1ml,0.15ml,0.3ml观察分析其对COD去除率的影响。
见图三
从图三可以看出，反应开始CODcr的去除效率是随着H2O2投加量增加而增加的。
4、反应时间对COD去除率的影响
在室温条件下（10℃左右），取500ml水样，在PH=5的情况下，原水COD浓度为210mg/L,加入0.75ml双氧水和0.66g硫酸亚铁（H2O2：FeSO4=2:1）进行芬顿反应，分取1.5h,3h,4h的水样进行过滤，并测定COD，研究不同反应时间内，芬顿对于废水COD的去除情况。
从图四可以看出，对于COD的去除效果应该控制在2h以内，不要超过3h小时。
5、有机物含量不同对COD去除效率的影响
在室温条件下（10℃左右），在相同加药量及pH值的情况下，针对不同COD浓度的废水进行试验，观察分析COD去除效率的变化，水样1COD=147.6mg/l，水样2COD=170mg/L,PH=5.0
从图五可以看出，在绝大部分数据中，在相同加药量的情况下，芬顿对于COD的去除率比较稳定。对于水样1在双氧水和硫酸亚铁的比例（双氧水0.1,0.15ml,硫酸亚铁的投加量为0.091g，COD去除率稳定在62%左右。
七、结论
根据以上的结果分析，可以得出以下几点结论：
1）芬顿试剂最佳的反应pH值在3.0-4.0之间。
2）在原水pH值在中性或碱性的情况下，芬顿试剂无法产生效果。
3）调节原水的pH值在5-5.5之间，可以保证芬顿反应的pH值范围之内，无须直接将pH调整到3.0。
4）在本类废水中，双氧水和硫酸亚铁最佳的配比为2:1，双氧水30%的投加量为0.75ml/L，硫酸亚铁的投加量为0.5g/L。
5）对于本类废水，芬顿试剂的反应时间应控制在3h之内。
6）对于原水COD在150mg/L的废水，氧化后的结果低于60mg/L，其加药量运行成本1元/吨左右，其成本为芬顿试剂试验投加量，不包括酸碱调节的费用。
7）本实验温度为室温即10℃左右
