光伏廢水處理Fenton氧化法技術

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

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，其處理難點主要包括：有機物(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Fenton氧化法處理光伏廢水進行初步研究，通過實驗探討不同因素的變化對處理效果的影響，以尋找最佳處理條件，為Fenton氧化法處理光伏廢水的實際應用提供重要依據(jù)。

1、實驗部分

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 實驗方法

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，放入振動器中反應一定的時間后；取出后再將pH值調(diào)整至8，并加入2‰的PAM溶液反應后，靜置沉降一定時間后，取上清液測CODCr，并通過儀器采用微回流比色法測測定CODCr，從而計算出Fenton氧化法對光伏廢水CODCr的去除效率。

2、結果與討論

2.1 正交試驗

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，具有較強的氧化性，進而氧化廢水中的有機物，以達到處理廢水的目的。不同的廢水成分不同，因此最佳的反應的條件也不相同，廢水的實際處理過程中需先通過試驗來確定最佳的反應條件，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，分別是：pH值，反應時間、H2O2用量、FeSO4*7H2O用量；并確定了每個因素的三個水平設計正交試驗，見表1，實驗結果及極差分析，見表2。

結果分析：正交試驗的結果如表2所示，分析可知對光伏廢水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>反應時間，其中是H2O2用量是影響處理效果的最大的影響因素。通過上述實驗初步確定的實驗條件組合為：雙氧水的用量是5.39mL，硫酸亞鐵的用量為3.27g，pH=2.5，反應時間為0.5h。

2.2 單因素試驗

2.2.1 pH值

pH值對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，查閱各類文獻資料表明較適應的pH值范圍是2-4。

除pH值外，保證其他三個反應條件不變的情況進行試驗研究，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，反應時間1h后，分別取樣測CODCr值，以計算CODCr去除率，實驗結果見圖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時去除率最高，但是與pH值為3時的去除率優(yōu)勢不明顯，在考慮運行成本的調(diào)節(jié)下，建議選擇pH值為3的條件下進行反應。

2.2.2反應時間

反應時間對處理效果也有一定影響，同時也影響著投資成本，反應時間越長需要反應器的容積越大，投資成本越大。通過反應足夠長的時間，可以從反應程度上獲知最佳的反應時長為多少。通過對各個反應時間下的COD去除率來確定最佳反應時間，雙氧水的用量是2.69mL，硫酸亞鐵的用量為2.18g，pH值為3時，分別在反應時間為10min、20min、30min、60min、90min、120min時取樣測COD值，以計算COD去除率。實驗結果見圖2。

由圖2可知，在反應的前30min，曲線較陡直，COD的去除率增長較為迅速；當反應時間超過30min后，曲線趨于平緩，COD去除率提高已經(jīng)不明顯；且反應在30min時已有較好的處理的效果，同時考慮處理效果和成本，確定最佳的反應時間為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，查閱相關文獻資料硫酸亞鐵用通常取值與雙氧水相關，故試驗取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反應條件不變的情況進行試驗，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，反應時間1h后，分別取樣測CODCr值，以計算CODCr去除率，實驗結果見圖3。

由圖3可知，雖然硫酸亞鐵投加量在3.27g時去除率最高，但與投加量2.18g時相比優(yōu)勢并不非常明顯，因此考慮到運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重要的，雙氧水用量通常是以水中COD含量計算投加量，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，反應時間為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，但是當雙氧用量達到2.69mL后，增長趨勢已經(jīng)變得不明顯，考慮到運行成本，建議選擇雙氧水的投加量為2.69mL。

2.3 結論與建議

根據(jù)正交試驗和單因素試驗分析，確定Fenton氧化法處理該光伏廢水的最佳處理條件是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，反應時間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際應用提供重要依據(jù)。但加藥量大，產(chǎn)生的鐵泥量大，后續(xù)需對該光伏廢水作進一步的試驗研究。后續(xù)工作擬采用組合工藝處理：鐵碳強化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)境技術有限公司，北京國環(huán)清華環(huán)境工程設計研究有限公司華東分院）