本工作采用混凝—Fenton法對河北石家莊某VB12生產(chǎn)企業(yè)的廢水進行深度處理，考察了各操作參數(shù)對COD和色度去除效果的影響，確定了最佳工藝條件，并從經(jīng)濟角度分析了工藝可行性，可為VB12廢水的達標處理提供參考和借鑒。
1 實驗部分
1.1 材料、試劑和儀器
廢水取自河北石家莊某VB12生產(chǎn)企業(yè)厭氧—好氧工藝生化出水，水質(zhì)情況：COD=640~820 mg/L，色度600~700倍，BOD5/COD=0.03，可生化性很差。
H2O2（26%（w）），F(xiàn)eSO4·7H2O，NaOH，H2SO4：分析純；聚合硫酸鐵（PFS）：工業(yè)純。
FE20型pH計：Mettler Toledo公司；SW6型六聯(lián)攪拌機：英國Armfi eld公司。
1.2 實驗方法
1.2.1混凝實驗
取500 mL廢水，用濃度為2 mol/L的NaOH或4 mol/L的H2SO4調(diào)節(jié)廢水的混凝pH，加入5%（w）PFS溶液，以150 r/min的攪拌速率快攪3 min，以50r/min的攪拌速率慢攪10 min，靜置沉降后取上清液測定COD和色度。
1.2.2 Fenton實驗
取混凝出水500 mL，用濃度為2 mol/L的NaOH或4 mol/L的H2SO4調(diào)節(jié)廢水的氧化pH，加入一定量的FeSO4·7H2O，攪拌溶解后，加入H2O2，以100 r/min的攪拌速率氧化反應(yīng)一段時間。反應(yīng)結(jié)束后，立即取少量反應(yīng)液測定H2O2的含量（加堿前H2O2的剩余量）；然后加堿調(diào)節(jié)溶液pH至中性，攪拌均勻取混合液測COD；靜置沉淀一段時間，待溶液分層后，取上清液測定COD、色度和H2O2的含量（加堿后H2O2的剩余量）。COD按文獻［5］報道的方法校正。混凝實驗和Fenton實驗均在室溫（25±1）℃下進行。
1.3 分析方法
采用重鉻酸鉀法測定COD；采用稀釋倍數(shù)法測定色度；采用硫酸鈦分光光度法測定H2O2含量。
2 結(jié)果與討論
2.1 混凝實驗結(jié)果
2.1.1混凝pH對混凝效果的影響
當PFS加入量為300 mg/L時，混凝pH對混凝段COD和色度的去除率的影響見圖1。當pH=3.5~6.5時，COD和色度的去除率的變化趨勢基本相同；當pH=6.5~8.5時，混凝效果很差，COD去除率只有5%左右；當pH=4.5時，COD和色度的去除率達最大值（分別為28.5%和60.7%）。這是因為廢水中含有較多的腐殖酸類物質(zhì)，在酸性條件下，PFS混凝去除腐殖酸的效果較好。故混凝pH為4.5較適宜。
2.1.2 PFS加入量對混凝效果的影響
當混凝pH為4.5時，PFS加入量對混凝段COD和色度的去除率的影響見圖2。由圖2可見：PFS加入量從100 mg/L增至300 mg/L時，COD去除率從1.1%增至28.5%，色度去除率從21.4%增至60.7%；當PFS加入量大于300 mg/L時，COD和色度的去除率變化趨緩。故選擇PFS加入量為300 mg/L較適宜。
2.2 Fenton實驗結(jié)果
2.2.1 H2O2加入量對處理效果的影響
當氧化pH 3.0、 FeSO4·7H2O加入量300 mg/L、反應(yīng)時間3 h時，H2O2加入量對Fenton 段COD和色度的去除率的影響見圖3。由圖3可見：當H2O2加入量小于420 mg/L時，COD和色度的去除率隨H2O2加入量的增加而增大；當H2O2加入量大于420 mg/L時，COD和色度的去除率變化不大，H2O2的消耗量（H2O2加入量和加堿前H2O2剩余量的差值）卻持續(xù)增大。這可能是因為在Fenton反應(yīng)過程中，生成了一些難降解有機物（如短鏈有機酸等），而過量H2O2與·OH發(fā)生反應(yīng)，消耗了H2O2。故選擇H2O2加入量為420 mg/L較適宜。
2.2.2 FeSO4·7H2O加入量對處理效果的影響
當氧化pH 3.0、H2O2加入量420 mg/L、反應(yīng)時間3 h時，F(xiàn)eSO4·7H2O加入量對Fenton段COD和色度的去除率的影響見圖4。
Fenton法對有機物的去除作用可分為Fenton氧化作用和Fenton混凝作用，F(xiàn)enton氧化作用去除的COD為進水COD 和反應(yīng)混合液COD的差值；Fenton混凝作用去除的COD為Fenton法去除的全部COD 和Fenton氧化作用去除的COD的差值。由于廢水已經(jīng)過混凝處理，所以Fenton混凝作用去除的COD較小，在10%左右波動。由圖4可見，當FeSO4·7H2O加入量小于167 mg/L或大于500 mg/L時，F(xiàn)enton氧化作用對COD的去除率均有減小的趨勢。這是因為：Fe2+較少時，分解H2O2產(chǎn)生·OH的速率較慢；Fe2+過量時，會與·OH反應(yīng)，與廢水中的有機物形成競爭。考慮到COD和色度的去除效果以及減少H2O2的殘留，選擇FeSO4·7H2O加入量為334 mg/L較適宜。
2.2.3氧化pH對處理效果的影響
當H2O2加入量420 mg/L、FeSO4·7H2O加入量334 mg/L、反應(yīng)時間3 h時，氧化pH對Fenton段COD和色度的去除率的影響見圖5。由圖5可見：當pH=2.5~5.0時，COD和色度的去除率均較高，COD去除率為43.3%~45.2%，色度去除率為78.1%~81.8%；當pH=2.0時，COD和色度的去除率均減小，H2O2消耗量隨之減小。這是因為：pH過低時，F(xiàn)e2+在水溶液中形成了分解H2O2速率相對較慢的［Fe（H2O）］2+，產(chǎn)生的·OH減少，但H+含量過高也會抑制Fe3+與H2O2之間的反應(yīng)；當pH>5.0時，COD和色度的去除率降低，H2O2消耗量減少，這可能是因為Fe3+形成了不溶性的Fe（OH）3絮體，打斷了·OH產(chǎn)生鏈。混凝工藝出水的pH在4.0左右時，可不調(diào)節(jié)pH，直接進行Fenton反應(yīng)。
2.2.4反應(yīng)時間對處理效果的影響
當氧化pH 4. 0、H2O2加入量420 mg/L、FeSO4·7H2O加入量334 mg/L時，反應(yīng)時間對Fenton段COD和色度的去除率的影響見圖6。由圖6可見：當反應(yīng)時間為1 h時，COD和色度的去除率已基本穩(wěn)定，H2O2的消耗量較小；反應(yīng)時間為3 h時，COD和色度的去除率分別為45.3%和78.2%，大部分H2O2已消耗。剩余的H2O2在加堿中和時會分解產(chǎn)生氧氣，不利于Fenton反應(yīng)的絮體沉降。故選擇反應(yīng)時間為3 h較適宜。
2.3 混凝—Fenton法與Fenton法的比較
在較適宜的條件下采用混凝—Fenton法對VB12廢水生化出水進行優(yōu)化時，試劑消耗量為：H2SO4 830 mg/L，PFS 300 mg/L，H2O2 420 mg/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 334 mg/L，NaOH 480 mg/L；在此條件下，總COD去除率為62.1%，總色度去除率為90.0%。
在較適宜的條件下采用Fenton法對VB12廢水生化出水進行優(yōu)化時，試劑消耗量為：H2SO4 830 mg/L，H2O2 700 mg/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 834 mg/L，NaOH480 mg/L；在此條件下，COD去除率為52.9%，色度去除率為79.1%。
與Fenton法相比，混凝—Fenton法的COD和色度去除率更大，處理效果更好，COD和色度去除率的提高率分別為17.4%和13.8%。兩種方法的藥劑成本見表1。由表1可見，混凝—Fenton法的藥劑成本為4.51 元/m3，F(xiàn)enton法的藥劑成本為5.75 元/m3。與Fenton法相比，混凝—Fenton法的藥劑成本降低了21.6%。
3 結(jié)論
a）當混凝pH 4.5、PFS加入量300 mg/L時，混凝對COD和色度的去除率分別為28.5%和60.7%。
b）對混凝出水進行Fenton法處理，當氧化pH4.0、H2O2加入量420 mg/L、FeSO4·7H2O加入量334 mg/L、反應(yīng)時間3 h時，F(xiàn)enton段對COD和色度的去除率分別為45.3%和78.2%。
c）混凝—Fenton法在較適宜的條件下，總COD和總色度的去除率分別為62.1%和90.0%；與Fenton法相比，COD和色度的去除率的提高率分別為17.4%和13.8%，且藥劑成本降低了21.6%。
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