芬顿_粉煤灰协同处理有机实验废水的实验研究
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第34卷第4期非金属矿Vol.34 No.4 2011年7月 Non-Metallic Mines July, 2011有机实验废水成分复杂，色度大，化学需氧量COD cr高，对水质污染严重；特别是那些难生物降解的有机化合物直接排放将会污染水域，破坏生态，且对人体健康伤害极大。
近年来，具有极强氧化能力的芬顿(Fenton)试剂对生物降解或一般化学氧化剂难以奏效的有机废水有一定的处理效果，但芬顿试剂单独处理时，COD cr去除率较低[1]。
处理后水的COD cr 仍然很高，达不到排放的要求。
粉煤灰是火力发电厂排放的固体废弃物，其主要成分为SiO2、A12O3及Fe2O3，这些成分在煤粉的燃烧中形成表面多孔，形状复杂，表面粗糙的微珠颗粒，若用酸或碱改性后其结构发生改变，吸附性能增强[2]。
本实验利用改性粉煤灰对芬顿试剂处理后的有机实验废水进行再处理，探讨其最佳实验条件，为处理有机实验废水提供一条新的途径，同时也为粉煤灰的合理应用提供一条新的思路。
1 试验部分1.1 模拟废水取一定体积的有机实验废水，经稀释后，用重铬酸钾法测得COD cr为640 mg/L [2]。
1.2 仪器与试剂JJ-1定时电动搅拌器，江苏金坛市中大仪器厂；电子恒温水浴锅，北京伟业仪器有限公司；TH2-82 型恒温振荡器，江苏大仓医疗器械厂；D8 advance 型X-射线粉末衍射仪，德国Bruker公司；电子天平，上海精密科学仪器有限公司；DHG29240型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司。
氧化钙，天津市凯通化学试剂有限公司；硫酸银，天津市永大化学试剂开发中心；重铬酸钾，北京红星化工厂；试亚铁灵，天津化学研究所；硫酸亚铁，天津市永大化学试剂开发中心；过氧化氢，天津市永大化学试剂开发中心；以上试剂均为分析纯，试验用水为二次蒸馏水。
1.3 试验方法1.3.1 改性粉煤灰的制备：取原粉煤灰150 g于烧杯中，在110℃下烘干活化2 h后取出至干燥器内冷却，研磨，过120目筛，得处理过的粉煤灰。
取处理过的粉煤灰置于一定物质量浓度的氧化钙水液中，使碱灰质量比为1∶11，在温度为80℃的恒温水浴锅中搅拌2 h，取出静置，倾去上层清液，滤干后，多次洗涤至中性，烘干活化得改性粉煤灰。
1.3.2 芬顿-粉煤灰（未改性或改性后）对废水的处理：取一定体积的模拟有机实验废水，加入适量的硫酸亚铁溶液和双氧水溶液，搅拌一定时间后，加入一定量未改性或改性后的粉煤灰，在一定的振荡时间、pH值和温度下进行吸附处理，过滤，测定滤液COD cr 去除率。
COD cr采用重铬酸钾法测定。
1.4 数据处理COD cr去除率的计算公式为：去除率芬顿-粉煤灰协同处理有机实验废水的实验研究曹书勤* 刘德汞 张 平 王 丽（信阳师范学院化学化工学院，河南信阳464000）摘 要 利用芬顿试剂的强氧化性和改性粉煤灰良好的吸附性，协同处理有机实验废水。
主要考察了过氧化氢、硫酸亚铁、改性剂用量及吸附条件对处理效果的影响。
结果表明：当过氧化氢用量为25 g/L、硫酸亚铁用量为4.5 g/L、改性剂氧化钙为30 g/L、吸附剂用量为35 g/L、吸附温度为35℃、pH值为5、振荡时间为35 min时，有机废水COD cr去除率可达90 %。
关键词芬顿试剂改性粉煤灰吸附有机实验废水中图分类号：X703;TQ172.4+4文献标识码：A文章编号：1000-8098(2011)04-0059-04Study on Disposing of Organic Experiments Wastewater by the Ways of Oxidation of Fenton Reagent and Fly AshCao Shuqin*Liu Degong Zhang Ping Wang Li(College of Chemistry and Chemical Engeering, Xinyang Normal University, Xinyang, Henan 464000) Abstract Using the strong oxidizing agents of fenton reagent and good adsorption of modified fly ash to synergy in treatment of organic wastewater. The hydrogen peroxide,ferrous sulfate,dosage modification and adsorption conditions on the treatment effect were investigated. The results indicate that: when the hydrogen peroxide dosage was 25g/L,ferrous sulfate dosage was 4.5g/L,calcium oxide modifier concentration was 30g/L, the adsorption temperature was 35℃,pH = 5,the oscillation time was 35min, the COD removal rate of organic wastewater could reach 90%.Key words fenton reagent modified fly ash adsorption organic experiments wastewater收稿日期：2011-05-16*通讯联系人，E-mail: xycshq@。
- 59 -第34卷第4期非金属矿2011年7月=(COD cr1-COD cr2)/COD cr1×100%式中，COD cr1，未经处理的模拟实验废水COD cr，mg/ L；COD cr2，处理后实验废水的COD cr，mg/L。
2 结果与讨论2.1 改性粉煤灰结构表征用D8 advance 型 X-射线粉末衍射仪进行衍射分析，扫描速度 8(。
)/min。
CuKα辐射(λ=0.1541 nm)，改性粉煤灰的XRD分析见图1。
图1 改性前后粉煤灰的XRD分析图a-氧化钙改性粉煤灰；b-原粉煤灰由图1可知，改性后粉煤灰中的晶态相晶体结构没有改变，少量玻璃体或无定形非晶态成分的衍射峰(2θ=17。
~35。
)比改性前明显增高，这说明矿石相化学性质非常稳定，氧化钙并不能使粉煤灰的惰性成分晶体发生改变，但却能使粉煤灰非晶态成分含量明显增多；而非晶态成分正是吸附剂的活性成分[3]，因此氧化钙能增强粉煤灰的吸附性能。
2.2 改性条件的确定取经芬顿试剂（过氧化氢浓度为25 g/L，硫酸亚铁的浓度为4.5 g/L）处理过的模拟有机实验废水100 mL于250 mL锥形瓶中，加入3.5 g经一定浓度氧化钙改性的粉煤灰，调节pH值为5，在35℃下振荡反应35 min，过滤，测定水样的COD cr去除率。
考察COD cr去除率随氧化钙用量的变化情况，结果见图2。
图2 氧化钙用量对去除率的影响由图2可知，经30 g/L的氧化钙改性后的粉煤灰对实验废水的处理效果最好。
这是因为氧化钙作激发剂可以较好地破坏粉煤灰中稳定结构，而且在碱性增强的情况下，这种破坏力更大，且阳离子浓度对硅氧结构也具有一定的破坏作用，当氧化钙浓度大时，对硅氧结构的破坏力大。
其作用原理为：mCa(OH)2+nSiO2+yH2O=(CaO)m(SiO2)n(H2O)y+mmCa(OH)2+xAl2O3+yH2O=(CaO)m(Al2O3)x(H2O)y+mmCa(OH)2+xAl2O3+nSiO2+yH2O=(CaO)m(SiO2)n (Al2O3)x(H2O)y+m其中生成的水合硅铝酸盐不仅增大了其比表面积，同时提高了持水性能，这些水合盐均为粗大纤维状凝胶体，相互交叉构成空间结构，经CaO处理后的粉煤灰表面形成了类似棉质絮状物质，产生了空洞，由此增加了粉煤灰颗粒的吸附性能 [4]。
但CaO用量过高，会降低阳离子浓度而使吸附效果降低。
因此，以下实验均用30 g/L的氧化钙改性的粉煤灰对废水进行吸附处理。
2.3 芬顿试剂中过氧化氢与硫酸亚铁配比的确定2.3.1 过氧化氢投加量对芬顿试剂氧化效果的影响：取模拟有机实验废水100 mL于250 mL锥形瓶中，加入0.45 g的硫酸亚铁，然后加入一定量的过氧化氢，调节pH值为5，加入3.5 g的改性粉煤灰，在35℃下振荡反应35 min，考察COD cr去除率随过氧化氢投加量的变化情况，结果见图3。
图3 双氧水投加量对去除率的影响由图3可知，随着H2O2投加量的增加，废水的COD cr去除率逐渐增大，当H2O2投加量增大为25 g/L 时，COD cr去除率达最高值90%。
原因是随着H2O2投加量的增大，·OH浓度逐步升高，有机物被催化氧化分解的几率增高，但H2O2投加量过高会引起H2O2与·OH以及H2O2与Fe2+反应产生Fe3+和OH-，而使最初产生的·OH消耗掉，部分H2O2无效分解，最终导致COD cr去除率随之降低[5]。
因此，H2O2投加量的最佳值应为25 g/L。
2.3.2 硫酸亚铁投加量对芬顿试剂氧化效果的影响：取模拟废水100 mL于250 mL锥形瓶中，加入2.5 g的H2O2，然后加入一定量的硫酸亚铁，调节pH值为5，加入3.5 g的改性粉煤灰，在35℃下振荡反应30 min，考察COD cr去除率随硫酸亚铁浓度的变化情况，结果见图4。
由图4可知，未加硫酸亚铁时，去除率较低。
因为没有催化剂Fe2+时，H2O2氧化降解有机物的能力较弱；加入硫酸亚铁后，H2O2氧化能力就大大增强了，另外Fenton 试剂具有一定的絮凝功能也主要是硫酸亚铁的缘故。
当硫酸亚铁浓度上升为4.5 g/L- 60 -- 61 -芬顿-粉煤灰协同处理有机实验废水的实验研究曹书勤，刘德汞，张 平，等时，COD cr 去除率高达90 %。
若硫酸亚铁投放量超过4.5 g/L 后，去除率却随之降低。
因为在高浓度催化剂作用下，反应开始时从H 2O 2中迅速地产生大量活性·OH ，·OH 同基质的反应不那么快，使未消耗的游离·OH 积聚，这些·OH 彼此相互反应生成水，致使一部分最初产生的·OH 被消耗掉，另外，高浓度的Fe 2+会与·OH 反应消耗自由基[5]，Fe 2+浓度过高还会使色度增高。
因此，芬顿试剂中过氧化氢的最佳用量为25 g/L ，硫酸亚铁的最佳用量为4.5 g/L 。
