光伏廢水處理Fenton氧化法技術(shù)

Fenton氧化法是一種高級(jí)氧化技術(shù)，由雙氧水和亞鐵離子構(gòu)成氧化體系，具有較強(qiáng)的氧化性，能有效分解廢水中的有機(jī)污染物，甚至能將有機(jī)污染物徹底氧化分解為水、二氧化碳等無害物質(zhì)，不會(huì)造成新的污染。該方法較適用于難生物降解的或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水的氧化處理。

光伏廢水主要來源于硅棒在切斷、磨削、切片以及硅片在研磨、腐蝕、拋光等過程產(chǎn)生的助劑廢液和清洗廢水，其處理難點(diǎn)主要包括：有機(jī)物(主要是聚乙二醇等)、懸浮物(主要是硅粉、碳化硅)濃度高，并含有氟離子及酸堿(主要是氫氟酸、硝酸及其他緩沖酸)等污染物。

本文對(duì)Fenton氧化法處理光伏廢水進(jìn)行初步研究，通過實(shí)驗(yàn)探討不同因素的變化對(duì)處理效果的影響，以尋找最佳處理?xiàng)l件，為Fenton氧化法處理光伏廢水的實(shí)際應(yīng)用提供重要依據(jù)。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和廢水

27%的雙氧水，FeSO4?7H2O固體，1:3的H2SO4溶液，3mol/L的NaOH溶液，2‰的PAM溶液；廢水取自某光伏企業(yè)的全混合液廢水，CODCr為4200mg/L，pH值約為5。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取200mL水樣置于300mL磨口錐形瓶中，通過H2SO4溶液和NaOH溶液將水樣調(diào)整至適宜的pH值，再加入一定量的雙氧水和硫酸亞鐵后，錐形瓶加塞后搖勻，放入振動(dòng)器中反應(yīng)一定的時(shí)間后；取出后再將pH值調(diào)整至8，并加入2‰的PAM溶液反應(yīng)后，靜置沉降一定時(shí)間后，取上清液測CODCr，并通過儀器采用微回流比色法測測定CODCr，從而計(jì)算出Fenton氧化法對(duì)光伏廢水CODCr的去除效率。

2、結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)

Fenton氧化法在酸性條件下H2O2被Fe2+或Fe3+催化分解，產(chǎn)生高活性的?OH和?O2H，具有較強(qiáng)的氧化性，進(jìn)而氧化廢水中的有機(jī)物，以達(dá)到處理廢水的目的。不同的廢水成分不同，因此最佳的反應(yīng)的條件也不相同，廢水的實(shí)際處理過程中需先通過試驗(yàn)來確定最佳的反應(yīng)條件，綜合考慮Fenton氧化法處理光伏廢水的各因素影響，確定影響處理效果的因素主要有四個(gè)，分別是：pH值，反應(yīng)時(shí)間、H2O2用量、FeSO4*7H2O用量；并確定了每個(gè)因素的三個(gè)水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，見表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析，見表2。

結(jié)果分析：正交試驗(yàn)的結(jié)果如表2所示，分析可知對(duì)光伏廢水CODCr去除率的影響的大小分別為D>C>A>B，即H2O2用量>硫酸亞鐵用量>pH值>反應(yīng)時(shí)間，其中是H2O2用量是影響處理效果的最大的影響因素。通過上述實(shí)驗(yàn)初步確定的實(shí)驗(yàn)條件組合為：雙氧水的用量是5.39mL，硫酸亞鐵的用量為3.27g，pH=2.5，反應(yīng)時(shí)間為0.5h。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 pH值

pH值對(duì)Fenton氧化體系影響較大，pH值過高或過低都不利于?OH的產(chǎn)生，查閱各類文獻(xiàn)資料表明較適應(yīng)的pH值范圍是2-4。

除pH值外，保證其他三個(gè)反應(yīng)條件不變的情況進(jìn)行試驗(yàn)研究，pH值分別調(diào)整為2、2.5、3、3.5、4、5、6、7、8，雙氧水的用量是2.69mL，硫酸亞鐵的用量為2.18g，反應(yīng)時(shí)間1h后，分別取樣測CODCr值，以計(jì)算CODCr去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。pH值大于5之后Fenton氧化法的去除效果顯著變差，雖然pH值為2.5時(shí)去除率最高，但是與pH值為3時(shí)的去除率優(yōu)勢不明顯，在考慮運(yùn)行成本的調(diào)節(jié)下，建議選擇pH值為3的條件下進(jìn)行反應(yīng)。

2.2.2反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間對(duì)處理效果也有一定影響，同時(shí)也影響著投資成本，反應(yīng)時(shí)間越長需要反應(yīng)器的容積越大，投資成本越大。通過反應(yīng)足夠長的時(shí)間，可以從反應(yīng)程度上獲知最佳的反應(yīng)時(shí)長為多少。通過對(duì)各個(gè)反應(yīng)時(shí)間下的COD去除率來確定最佳反應(yīng)時(shí)間，雙氧水的用量是2.69mL，硫酸亞鐵的用量為2.18g，pH值為3時(shí)，分別在反應(yīng)時(shí)間為10min、20min、30min、60min、90min、120min時(shí)取樣測COD值，以計(jì)算COD去除率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2可知，在反應(yīng)的前30min，曲線較陡直，COD的去除率增長較為迅速；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過30min后，曲線趨于平緩，COD去除率提高已經(jīng)不明顯；且反應(yīng)在30min時(shí)已有較好的處理的效果，同時(shí)考慮處理效果和成本，確定最佳的反應(yīng)時(shí)間為30min。

2.2.3 硫酸亞鐵的量

硫酸亞鐵的用量是影響去除率第二重要因素，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料硫酸亞鐵用通常取值與雙氧水相關(guān)，故試驗(yàn)取Fe2+與雙氧水摩爾比1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8。即除硫酸亞鐵投加量外保證其他三個(gè)反應(yīng)條件不變的情況進(jìn)行試驗(yàn)，硫酸亞鐵投加量分別調(diào)整為0.818g、0.934g、1.09g、1.308g、1.635g、2.18g、3.27g，雙氧水的用量是2.69mL，pH值調(diào)整至3，反應(yīng)時(shí)間1h后，分別取樣測CODCr值，以計(jì)算CODCr去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，雖然硫酸亞鐵投加量在3.27g時(shí)去除率最高，但與投加量2.18g時(shí)相比優(yōu)勢并不非常明顯，因此考慮到運(yùn)行成本的情況下建議選擇硫酸亞鐵投加量2.18g。

2.2. 4雙氧水投加量

雙氧水的用量是影響去除率的最重要因素，因此選擇合適雙氧水濃度是至關(guān)重要的，雙氧水用量通常是以水中COD含量計(jì)算投加量，雙氧水與COD的質(zhì)量濃度比值范圍是2:1~1:2，因此雙氧水的用量分別取5.39mL、2.69mL、1.35mL、0.7mL，硫酸亞鐵的用量為3.27g，pH=2.5，反應(yīng)時(shí)間為0.5h。

由圖4可知，去除率隨著雙氧水用量的提高逐漸升高的，但是當(dāng)雙氧用量達(dá)到2.69mL后，增長趨勢已經(jīng)變得不明顯，考慮到運(yùn)行成本，建議選擇雙氧水的投加量為2.69mL。

2.3 結(jié)論與建議

根據(jù)正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)分析，確定Fenton氧化法處理該光伏廢水的最佳處理?xiàng)l件是200mL原水，pH值在3的條件下，硫酸亞鐵的投加量為2.18g，雙氧水的投加量為2.69mL，反應(yīng)時(shí)間0.5h，有較好的去除效果，提高了廢水的可生化性，有利于后續(xù)的生化法的進(jìn)一步處理。

該光伏廢水可生化性較差，COD較高，雖然采用Fenton氧化法可以取得一定的反應(yīng)效果，有較高的去除率，提高廢水的可生化性有利于該光伏廢水的后續(xù)處理，為Fenton氧化法處理光伏廢水的實(shí)際應(yīng)用提供重要依據(jù)。但加藥量大，產(chǎn)生的鐵泥量大，后續(xù)需對(duì)該光伏廢水作進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。后續(xù)工作擬采用組合工藝處理：鐵碳強(qiáng)化Fenton氧化法、電催化與Fenton氧化法組合工藝等。（來源：蘇州市清澤環(huán)境技術(shù)有限公司，北京國環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究有限公司華東分院）