Fenton试剂和氧化镁联合处理化学实验室废水的研究

论文导读：该联合方法是处理化学实验室废水的有效方法。试剂处理实验室废水中COD。氧化镁处理实验室废水重金属。把废水的COD。重金属离子浓度尽可能的降到最低。氧化镁，Fenton试剂和氧化镁联合处理化学实验室废水的研究。
关键词：化学实验室废水，Fenton试剂，氧化镁，COD，重金属离子
 

实验室废水中含有各种酸、碱、重金属和有毒有害有机物,这些废水一般不经处理或简单处理后直接排入地下污水管网，送到大型生活污水处理厂集中处理。由于实验室污水成分复杂，处理难度较大，特别是含有的铅、汞、镉、铬等重金属，生活污水处理厂的设施对其无能为力，最后只能排入江河造成环境污染。重金属进入水源或土壤后，也会通过多种途径进入人类的食物链[1,2]。随着人们环保意识的不断增强和相应环保法规的不断完善，化学实验室废水处理已成为化学实验室建设的环评考核项目之一。因此，探索一条经济可行的化学实验室废水处理方法，有着十分重要的意义[3]。

本实验目的在于探索一种经济、高效、环保的技术路线来处理化学实验室废水，把废水的COD，重金属离子浓度尽可能的降到最低，达到污水排放的要求，应用于化学实验室的废水处理。

2 实验部分

2.1主要仪器及试剂

仪器：pHS - 3C型精密酸度计、磁力搅拌器、COD测定装置、原子吸收分光光度计。

药品：H2SO4（分析纯）；H2O2（30% 分析纯）；重铬酸钾（优级纯）；硫酸亚铁铵（分析纯）；硫酸亚铁（分析纯）；硫酸银（分析纯）；硫酸汞（分析纯）、氧化镁（分析纯）。废水来自韩山师范学院化学系化学实验室废水池，对其监测的代表性的参数见下表1.

表1 实验室废水参数

2.2实验部分

2.2.1 Fenton试剂处理实验室废水中COD

取100ml水样放入烧杯中，用pH计测其pH值，用H2SO4或NaOH调节pH值，加入H2O2和硫酸亚铁，经搅拌后控制反应时间，静沉后取上清液用重铬酸钾法测定其COD值。研究过氧化氢、硫酸亚铁的用量，pH、反应时间等对废水中COD处理的影响，探索处理的最佳条件。

2.2.2 氧化镁处理实验室废水重金属

取经过Fenton试剂处理COD的废水水样100ml放入烧杯中，投入氧化镁，经搅拌后沉降20min，取上层清液，采用原子吸收分光光度计测定其重金属浓度。

3.结果与讨论

3.1 Fenton试剂处理COD实验

3.1.1 过氧化氢用量COD去除率的影响

取100ml水样放入250mL的烧杯中，调节pH值为5，加入硫酸亚铁0.2 g，加入不同量的H2O2，在室温下反应30min，研究H2O2的量对COD去除率的影响。实验结果见图1，由图1可以看出，随着过氧化氢的加入COD去除率先上升后下降，在1.5 ml时COD的去除率最高达65.1%。这是由于在H2O2的浓度较低时，产生的·OH自由基随H2O2的浓度增加而增加，因而COD的去除率增大；当H2O2的浓度过高时，过量的H2O2会在反应一开始时就把Fe2+迅速氧化成Fe3+，降低的Fe2+的催化作用，减少了自由基的产生，不利于COD的去除[4,5]。

图1 过氧化氢用量对COD去除率的影响

Fig. 1 Effect of H2O2 dosage on CODremoval rate

3.1.2 硫酸亚铁用量对COD去除率的影响

取100ml水样放入250mL的烧杯中，调节pH值为5，加入1.5 mL的H2O2，加入不同量的硫酸亚铁，在室温下反应30min，研究硫酸亚铁的量对COD去除率的影响。实验结果见图2，由图2可以看出，随着硫酸亚铁的加入COD去除率先上升后下降，在0.2 g时COD的去除率最高达76.8%。论文大全，氧化镁。这是由于在Fe2+的浓度较低时，随着Fe2+用量增加，催化作用逐渐增强，产生的·OH自由基增加，因而COD的去除率增大；过高则迅速产生大量的·OH，使没有来得及参与反应的·OH 产生积聚，彼此反应生成H2O，致使最初产生的·OH被消耗掉，所以COD的去除率降低。

图2 硫酸亚铁用量对COD去除率的影响

Fig. 2 Effect of FeSO4 dosage on COD removal rate

3.1.3 pH值对COD去除率的影响

取100ml水样放入250mL的烧杯中，调节不同的pH值，加入1.5 mL的H2O2，加入0.2g的硫酸亚铁，在室温下反应30min，研究pH值对COD去除率的影响。实验结果见图3，由图3可以看出，随着pH值的增加COD去除率先上升后下降，在pH值为5时COD的去除率最高达82.1%。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， Fe2 +不能顺利的被氧化为Fe3+，催化反应受阻，使·OH 的数量减少，影响Fenton 试剂的氧化能力，处理效果也会变差[6]。

图3 pH值对COD去除率的影响

Fig. 3 Effect of pH on COD removal rate

3.1.4 反应时间对COD去除率的影响

取100ml水样放入250mL的烧杯中，调节pH值为5，加入1.5 mL的H2O2，加入0.2g的硫酸亚铁，在室温下研究反应时间对COD去除率的影响。实验结果见图4，由图4可以看出，COD去除率随着反应时间的增加而增加，在反应时间为30min时COD的去除率最高达82.1%。当反应时间大于30min后，COD的去除率基本维持不变。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；时间过长反应速率降低或产生了难降解的产物，导致30min后COD的去除率基本维持不变[7,8]。

图4 反应时间对COD去除率的影响

Fig. 4 Effect of reaction time on COD removal rate

3.2氧化镁处理废水中重金属离子的实验

氧化镁由于具有缓冲性能好、腐蚀性小、操作简单、安全、无毒、无害、处理酸性废水后pH最高不超过9，出水容易达到国家排放标准等优点，被称为“环境友好型”的废水处理剂。氧化镁是金属氧化物，其溶于水后生成氢氧化镁，可与重金属离子形成氢氧化物的沉淀，在搅拌反应后沉降，从而除去重金属。同时氧化镁比表面积大，吸附力强，过量的氧化镁也能从废水中吸附并脱除重金属离子以及重金属离子的氢氧化物沉淀[9, 10]。

在去除了COD的废水中加入不同量的氧化镁，搅拌沉降后，取清液用原子吸收分光光度法测定处理前后重金属的浓度，计算去除率，结果如图5，由图5可以看出，在水样中投入氧化镁后产生的OH-先与H+反应之后再与重金属反应生成沉淀物，重金属浓度可迅速降低；当重金属降低到一定浓度时，金属离子去除率随着氧化镁的增加而缓慢增加，在氧化镁为1.5g时重金属离子去除率可达到99.8％以上。并且投加过量氧化镁后沉淀物絮凝沉降速度很快。为了除去Cr(VI)，在加入氧化镁之前加入一定量的亚硫酸氢钠，使Cr(VI)转化为Cr(III)。

图5 氧化镁用量对重金属离子去除率的影响

Fig. 5 Effect ofMgO dosage on removal rate ofheavy metal ions

4. 废水模拟处理实验

根据实验研究的优化条件，在一套模拟装置上进行扩大实验，工艺流程图见图6。取5L实验室废水，废水来自韩山师范学院化学系化学实验室废水收集池，其废水参数见表1，加入到模拟装置中，调节pH值为5，过氧化氢加入量为15ml/L，硫酸亚铁加入量为2g/L，搅拌反应30min，测定COD的去除率为82.1％。接着对该废水进行同样条件的二次处理，COD的去除率可达96.4%。除去COD后，加入10g/L的亚硫酸氢钠，再按15g/L的量加入氧化镁，搅拌后静置30min，取上层清液用原子吸收分光光度计测定处理前后的重金属离子含量，其结果为重金属离子的去除率达到99.8％以上，废水可达标排放，证明实验得出的条件正确，实验装置可行。

图6　工艺流程图

Fig. 6　The procedure for treatment of sewage

5. 结论

（1）Fenton试剂与氧化镁联合处理实验室废水，在过氧化氢为15ml/L，硫酸亚铁为2g/L，pH值为5，反应时间在30min，COD的去除率可达82.11%。对废水进行二次处理，COD的去除率可达96.4%。氧化镁处理实验室废水效果很好，重金属离子去除率达到99.8％，且吸附作用可加快沉淀物的沉降速度。论文大全，氧化镁。论文大全，氧化镁。

（2）模拟装置实验与小试结果相符，证明小试得出的条件正确，模拟实验装置可行。论文大全，氧化镁。论文大全，氧化镁。

（3）该方法处理实验室废水操作简便，成本低，效果好，无二次污染。论文大全，氧化镁。该联合方法是处理化学实验室废水的有效方法，经处理后废水中有机物及重金属达到排放标准。

[参考文献]
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[3]罗赛珍,金明,屈芸.高校化学实验室废水处理[J].江西化工, 2005, (4): 33-34.
[4]张奕,贺缨,程文涛.高校实验室废水处理及污染防治措施评价初探[J].环境科学与技术, 2006, (8): 55.
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