武汉生物工程学院本科论文（设计）
1前言
一般来说，氧化剂的氧化能力与其标准电极电相位一致，而氢氧自由基(OH·)比其他常见氧化剂具有更高的标准电极电位，具有更高的氧化能力[1]。桥本和仁[2]对纳米TiO2受光激发产生的OH·研究表明，OH·活性基团的光子能量相当于有3600K高温的热能发生，在次高温下足以使有机物迅速“燃烧”，表现为OH·极强的氧化能力几乎可以氧化降解所有的有机物，并且最终氧化分解为CO2和H2O，使有机污水的COD值大大降低，达到水处理的目的。 发现了Fenton试剂处理有机废水的优越性后，近年来,国内外许多学者对Fenton法进行了大量的应用研究.PigllatelloJ.J报道[3]，Fenton法可完全降解酸性溶液中的除草剂，当用带有少量紫外线的可见光照射时降解作用显著增强，降解时间缩短，H202使用量也大为减少。张乃东等[4]用UV/FE3++H2O2法处理苯胺类化合物，20min内苯胺类化合物去除率达90%。浙江大学[5-7]对光助Fenton高级氧化技术处理PVA退浆废水作了相应的研究，结果也取得有效成果。
Fenton试剂是一种高级常用的氧化剂，相对其他高级氧化剂而言，Fenton法具有操作过程简单、反应物易得、费用便宜、无须复杂设备、对后续的生化处理没有毒害作用且对环境的友好性等优点，已经被逐渐应用于制造纸、染料、防腐剂、显相剂、农药等废水处理工程中,并且有很好的应用前景[8]。
因为其废水中成分并不复杂且有机物浓度和工业有机废水相比较并不算高，因此对其处理不需要用Fenton试剂与其他方法联用。按照已有类似处理有机废水方法只需单用Fenton试剂进行处理就能取得较好效果。
2 实验部分
2.1 实验仪器
表2-1 实验所需仪器
仪器
产地
磁力搅拌器
PHS-3C型精密酸度计 QCOD-2E型化学需氧量速测仪
消解仪 上海远怀化工科技有限公司 深圳市鼎鑫实验设备有限公司
深圳昌鸿科技有限公司 韶关市明天环保仪器有限公司
2.2 实验试剂
浓（H2SO4）；过氧化氢H2O2（30%）；硫酸亚铁；硫酸亚铁铵；重络酸钾；氢氧化钠；氧化剂；缓冲溶液。
2.3 实验方法
2.3.1 食堂有机废水COD的测定
取100mL水样置于250 mL烧杯中，放在磁力搅拌器上，中速搅拌。然后以H2SO4或NaOH调整水样的PH值，再按试验所需剂量加硫酸亚铁和H202溶液至烧杯中，控制反应时间。静沉30min后，取上清液测定水样的COD。 2.3.2 不同双氧水用量下废水COD的测定
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在试验废水中加入一定量（1.5g）的FeSO4·7H20，分别加入不同量的H2O2，经过相同的反应时间（30min）后取上层清液测水样的COD值，H2O2取值分别为：1.0mL、2.0mL、3.0mL 、4.0mL、5.0mL、6.0mL、7.0mL。
2.3.3 不同硫酸亚铁用量下废水COD的测定
在实验废水中加入4.0mLH2O2，分别加入不同的FeSO4·7H20，经过相同的反应时间（30min）后取上层清液测定COD值。FeSO4·7H20取值分别为：0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g。
2.3.4 不同pH值下废水COD的测定
取100mL废水，在其中加入4.0mLH2O2，再加入1.5g的FeSO4·7H20，调节废水的PH值，经过相同的反应时间(30min)后取上层清液测定COD值。pH值分别取：1.0、 2.0 、3.0、 4.0、 5.0 、6.0 、7.0、8.0。 2.3.5 不同反应时间下COD的测定
在试验废水中加入4.0mLH2O2 ，1.5g的FeSO4·7H20，调节溶液的pH值为6.0，经过不同的反应时间后取上层清液COD值。时间的时间分别取： 20min、30min、40min、50min、60min、 70min、80min、90min。
3 实验结果与讨论
3.1 原水COD的测定
表3-1 原水COD的测定
管号 COD标液(mL) 蒸馏水(mL) COD浓度mg/L
0 0 3.0 0
1 0.6 2.4 20
2 1.5 1.5 50
3 2.4 0.6 80
4 3.0 0 100
5 水样 3.0mL 6322
每支消解管中加入1mL氧化剂，5mL催化剂，摇匀放入消解炉10min，165℃，冷却后每支消解管加1mL蒸馏水，摇允待测。
经过测定后得到的食堂有机废水COD值为6322mg/l，即实验过程中原废水COD值为6322mg/l。
3.2 H2O2用量对废水COD去除效果的影响
表3-2 H2O2用量对COD去除率的影响
H2O2（mL） 处理后COD值 去除效果值%
1.0 2182 65.48
2.0 1657 73.85
3.0 1355 78.56
4.0 1032 83.76
5.0 617 90.56
6.0 1125 82.23
7.0 1228 80.55
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100COD去除率(%)8060402001.02.03.04.05.0H2O2用量(ml)6.07.0
图3-1 H2O2用量对COD去除率的影响
由实验数据可知：H2O2的用量对C0D的去除率有着重要的影响。当双氧水的用量较低时，产生·HO 的数量自然就少。另外，由于H2O2是·HO的捕捉剂，·HO 用量过高时又会使产生的·HO大大减少。由图3-1数据中可得出结论是，当FeSO4·7H20为1.5g(为定值)、反应时间为30min时(为定值)，在原废水C0D中加入5mL双氧水进行处理后，去除废水中有机物效果最好。在H2O2用量数值范围小于1.0或大于7.0的数值外，COD的去除效果会随着数值的继续减小或增大而越来越差。由此可知要去除废水中的COD并达到理想效果，是在一定H2O2用量的范围才是最有效的。
3.３ 硫酸铁用量COD去除率的影响
表3-3 硫酸亚铁用量对COD去除的影响
硫酸亚铁（g） 处理后COD值 去除效果值%
10090807060504030201000.5 1772 71.87
1.0 1295 79.51
1.5 842 86.6
2.0 1683 73.37
2.5 2120 66.46
3.0 2221 64.86
COD去除率(%)0.511.522.53硫酸亚铁用量(g)
图3-2 硫酸亚铁用量对COD去除率的影响
由实验数据可知：若Fe2+的投加量过低，自由基的产生量和产生速度都很小，处理效果受到抑制；若Fe2+的投加量过高，在反应开始阶段，H20在高浓度催化剂作用下，迅速产生大量的·H0，使没有来得及参与反应的·H0产生积累，彼此反应生成H2O，致使一部分最初产生的·HO
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被消耗掉。并且Fe2+ 投加量过多会使水的色度增加，给后续处理增加了难度。由图3-2数据中可得出结论是，当H2O2含量为4.0mL、反应时间为30min时，在原废水COD中加入1.5g硫酸亚铁进行处理后,去除废水中有机物效果最好。在硫酸亚铁用量数值范围小于0.5或大于3.0的数值外,COD的去除效果会随着数值的继续减小或增大而越来越差。由此可知要去除废水中的COD并达到理想效果，是在一定硫酸亚铁用量的范围才是最有效的。
3.４ 不同pH值对废水COD去除率的影响
表3-4 不同PH值对COD去除的影响
pH 处理后COD值 去除效果%
1 2698 57.32
2 937 85.17
3 912 85.57
4 651 89.76
5 868 86.27
6 2068 67.28
7 2227 64.77
8 2483 60.72
COD去除率(%)
10080604020012345678pH值图
3-3 不同PH值对COD去除率的影响
由实验数据可知，当pH值在2.0~5.0之间处理效果比较好，COD去除率超过80% ；PH值为4时，C0D的去除率最高；PH大于9.0时处理效果急剧恶化。因为Fe2+在溶液中的存在形式受制于溶液的PH值，在碱性环境中，不仅抑制了·OH的产生，而且使溶液中的Fe2+以氢氧化物的形式沉淀而失去催化能力。当pH值过低时，溶液中的H+浓度过高，Fe3+不能被顺利的还原为F2+，也使·OH 的数量减少，从而催化反应受阻，影响Fenton试剂的氧化能力，处理效果也会变差。由图3-3数据可得出结论是，当H2O2含量为4.0mL、1.5g FeSO4·7H20、反应时间为30min时，在原废水中将其pH调节为4进行处理后,去除废水中有机物效果最好。在不同PH值用量数值范围小于1或大于8的数值外，COD的去除效果会随着数值的继续减小或增大而越来越差。由此可知要去除废水中的COD并达到理想效果，是在一定PH值用量的范围才是最有效的。
3.4 不同反应时间对废水COD去除率的影响
表3-5 不同反应时间对COD去除效果的影响
时间min 处理后COD值 去除率效果%
20 2220 64.88
30 1865 70.56
40 1237 80.43
50 954 84.90
60 905 85.68
70 1347 78.69
80 1658 73.77
90 1883 70.21
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100ＣＯＤ去除率(%)8060402002030405060708090反应时间(min)
图3-3 不同反应时间对COD去除率的影响
由实验数据可知，Fenton试剂处理有机物的实质就是羟基自由基与有机物发生反应，与有机物的反应速率的大小直接决定了Fenton试剂处理有机物所需时间的长短。在Fenton体系中，时间过短则H2O2没有充分反应完全，使之产生的·OH量减少，有机物去除率不高；时间过长则浪费能源，且长时间搅拌会使已经产生的絮体被打破，影响反应效果。由表3-3数据中可得出结论是，当H2O2含量为4.0mL、1.5g FeSO4·7H20、PH为6时，原废水在反应时间为60min情况下，去除废水中有机物的效果最好。在反应时间数值范围小于10或大于90的数值外,COD的去除效果会随着数值的继续减小或增大而越来越差。由此可知要去除废水中的COD并达到理想效果，是在一定反应时间的范围才是最有效的。
3.5 讨论
用４个因子H202、硫酸亚铁、pH值、反应时间对食堂有机废水进行实验条件下，经过数据分析发现，４个因子的数值不同时所处理的效果也不同。而设定单因子对COD去除效果的好坏是为了研究其在什么情况下对废水中有机物去除效果最好，哪个单因子对废水COD去除率影响最大。最后再总结出各单因子在最佳条件下去除废水COD去除率的总效果。前面从数表中可以分析得到，当H202的用量为５mL、硫酸亚铁用量为１.5g，PH值为４、反应时间为６０min时所经过处理的废水COD去除率是最高的。但有了这个结果以后并不知道将４个最佳因子的最佳值总和在一起后对COD的去除率如何。因此，为了进一不进行验证COD处理效果的好坏，应再做最后的验证。所以将４个因子最佳条件下对废水COD进行处理后，最后废水COD数值为658mg/l，而去除率达到了89.59％。
在分析了各因子对废水COD去除率影响时也发现了，实验过程中影响废水COD去除率的大小，不仅是有各因子的数值大小，其他实验因素也同时影响着实验数据结果。比如，某些试剂的用量和浓度，实验仪器有没有受污染，或是实验过程中操作步骤是否合理以及实验工作过程中需要注意的细节。再考虑到各方面因素后，最后应该应对的就是实验时所遇到的突发且对实验有不利的影响。
4 实验结论与前景
4.1 实验结论
数据处理后结果在80%~90%范围内，所以此次实验的的结果为理想值，也说明了Fenton试剂处理食堂有机废水的方法是可用的，并且处理效果理想。但是此次处理的废水量仅100mL，然而实验过程中用掉的Fenton试剂及其他试剂却是非常消耗。因此，经过了这个实验得出的经验是，Fenton试剂适合用于处理有机废水，而且处理效果良好，但如果仅用Fenton试剂处理有
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