光伏废水处理Fenton氧化法技术

Fenton氧化法是一种高级氧化技术，由双氧水和亚铁离子构成氧化体系，具有较强的氧化性，能有效分解废水中的有机污染物，甚至能将有机污染物彻底氧化分解为水、二氧化碳等无害物质，不会造成新的污染。该方法较适用于难生物降解的或一般化学氧化难以奏效的有机废水的氧化处理。

光伏废水主要来源于硅棒在切断、磨削、切片以及硅片在研磨、腐蚀、抛光等过程产生的助剂废液和清洗废水，其处理难点主要包括：有机物(主要是聚乙二醇等)、悬浮物(主要是硅粉、碳化硅)浓度高，并含有氟离子及酸碱(主要是氢氟酸、硝酸及其他缓冲酸)等污染物。

本文对Fenton氧化法处理光伏废水进行初步研究，通过实验探讨不同因素的变化对处理效果的影响，以寻找最佳处理条件，为Fenton氧化法处理光伏废水的实际应用提供重要依据。

1、实验部分

1.1 试剂和废水

27%的双氧水，FeSO4•7H2O固体，1:3的H2SO4溶液，3mol/L的NaOH溶液，2‰的PAM溶液；废水取自某光伏企业的全混合液废水，CODCr为4200mg/L，pH值约为5。

1.2 实验方法

取200mL水样置于300mL磨口锥形瓶中，通过H2SO4溶液和NaOH溶液将水样调整至适宜的pH值，再加入一定量的双氧水和硫酸亚铁后，锥形瓶加塞后摇匀，放入振动器中反应一定的时间后；取出后再将pH值调整至8，并加入2‰的PAM溶液反应后，静置沉降一定时间后，取上清液测CODCr，并通过仪器采用微回流比色法测测定CODCr，从而计算出Fenton氧化法对光伏废水CODCr的去除效率。

2、结果与讨论

2.1 正交试验

Fenton氧化法在酸性条件下H2O2被Fe2+或Fe3+催化分解，产生高活性的•OH和•O2H，具有较强的氧化性，进而氧化废水中的有机物，以达到处理废水的目的。不同的废水成分不同，因此最佳的反应的条件也不相同，废水的实际处理过程中需先通过试验来确定最佳的反应条件，综合考虑Fenton氧化法处理光伏废水的各因素影响，确定影响处理效果的因素主要有四个，分别是：pH值，反应时间、H2O2用量、FeSO4*7H2O用量；并确定了每个因素的三个水平设计正交试验，见表1，实验结果及极差分析，见表2。

结果分析：正交试验的结果如表2所示，分析可知对光伏废水CODCr去除率的影响的大小分别为D>C>A>B，即H2O2用量>硫酸亚铁用量>pH值>反应时间，其中是H2O2用量是影响处理效果的最大的影响因素。通过上述实验初步确定的实验条件组合为：双氧水的用量是5.39mL，硫酸亚铁的用量为3.27g，pH=2.5，反应时间为0.5h。

2.2 单因素试验

2.2.1 pH值

pH值对Fenton氧化体系影响较大，pH值过高或过低都不利于•OH的产生，查阅各类文献资料表明较适应的pH值范围是2-4。

除pH值外，保证其他三个反应条件不变的情况进行试验研究，pH值分别调整为2、2.5、3、3.5、4、5、6、7、8，双氧水的用量是2.69mL，硫酸亚铁的用量为2.18g，反应时间1h后，分别取样测CODCr值，以计算CODCr去除率，实验结果见图1。pH值大于5之后Fenton氧化法的去除效果显著变差，虽然pH值为2.5时去除率最高，但是与pH值为3时的去除率优势不明显，在考虑运行成本的调节下，建议选择pH值为3的条件下进行反应。

2.2.2反应时间

反应时间对处理效果也有一定影响，同时也影响着投资成本，反应时间越长需要反应器的容积越大，投资成本越大。通过反应足够长的时间，可以从反应程度上获知最佳的反应时长为多少。通过对各个反应时间下的COD去除率来确定最佳反应时间，双氧水的用量是2.69mL，硫酸亚铁的用量为2.18g，pH值为3时，分别在反应时间为10min、20min、30min、60min、90min、120min时取样测COD值，以计算COD去除率。实验结果见图2。

由图2可知，在反应的前30min，曲线较陡直，COD的去除率增长较为迅速；当反应时间超过30min后，曲线趋于平缓，COD去除率提高已经不明显；且反应在30min时已有较好的处理的效果，同时考虑处理效果和成本，确定最佳的反应时间为30min。

2.2.3 硫酸亚铁的量

硫酸亚铁的用量是影响去除率第二重要因素，查阅相关文献资料硫酸亚铁用通常取值与双氧水相关，故试验取Fe2+与双氧水摩尔比1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8。即除硫酸亚铁投加量外保证其他三个反应条件不变的情况进行试验，硫酸亚铁投加量分别调整为0.818g、0.934g、1.09g、1.308g、1.635g、2.18g、3.27g，双氧水的用量是2.69mL，pH值调整至3，反应时间1h后，分别取样测CODCr值，以计算CODCr去除率，实验结果见图3。

由图3可知，虽然硫酸亚铁投加量在3.27g时去除率最高，但与投加量2.18g时相比优势并不非常明显，因此考虑到运行成本的情况下建议选择硫酸亚铁投加量2.18g。

2.2. 4双氧水投加量

双氧水的用量是影响去除率的最重要因素，因此选择合适双氧水浓度是至关重要的，双氧水用量通常是以水中COD含量计算投加量，双氧水与COD的质量浓度比值范围是2:1~1:2，因此双氧水的用量分别取5.39mL、2.69mL、1.35mL、0.7mL，硫酸亚铁的用量为3.27g，pH=2.5，反应时间为0.5h。

由图4可知，去除率随着双氧水用量的提高逐渐升高的，但是当双氧用量达到2.69mL后，增长趋势已经变得不明显，考虑到运行成本，建议选择双氧水的投加量为2.69mL。

2.3 结论与建议

根据正交试验和单因素试验分析，确定Fenton氧化法处理该光伏废水的最佳处理条件是200mL原水，pH值在3的条件下，硫酸亚铁的投加量为2.18g，双氧水的投加量为2.69mL，反应时间0.5h，有较好的去除效果，提高了废水的可生化性，有利于后续的生化法的进一步处理。

该光伏废水可生化性较差，COD较高，虽然采用Fenton氧化法可以取得一定的反应效果，有较高的去除率，提高废水的可生化性有利于该光伏废水的后续处理，为Fenton氧化法处理光伏废水的实际应用提供重要依据。但加药量大，产生的铁泥量大，后续需对该光伏废水作进一步的试验研究。后续工作拟采用组合工艺处理：铁碳强化Fenton氧化法、电催化与Fenton氧化法组合工艺等。（来源：苏州市清泽环境技术有限公司，北京国环清华环境工程设计研究有限公司华东分院）