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以氧化还原电位控制Fenton反应处理模拟苯酚废水

贺明宇  
【摘要】: 酚类物质作为一种常见的污染物,污染大、难降解、成分复杂。常见的处理方法占地广、处理费用高、处理效果不理想。现今实验研究证明Fenton氧化法,因其氧化性强、反应条件简单、操作方便、不易产生二次污染物等特点,在含酚废水的处理上具有更为广阔的前景。 Fenton反应中,起氧化作用的羟基自由基(·OH)是由H2O2与Fe2+反应生成,即H2O2的投加量是决定Fenton法处理效果的标准。常见的关于Fenton氧化法研究也集中在该因素上。在反应中随着有机物浓度的不同,其对应的最佳H2O2投加量也不同,这就使Fenton反应的应用有了一定的局限性。Fenton反应的本质上是氧化还原反应,氧化还原电位(ORP)即是决定氧化还原反应方向和程度的重要因素。所以在Fenton反应中,研究有机物的降解过程,实际上就是氧化还原电位的变化过程。 本论文以模拟苯酚废水为对象,用Fenton氧化法进行处理,考察反应中的主要影响因素,找出优化条件,合理的参数组合。再根据反应中各影响因素的变化,寻找出氧化还原电位(ORP)随之变化的规律,进一步研究在Fenton反应中氧化还原电位(ORP)变化的原因。同时,根据数据的线性关系建立相应的数学模型。再通过建立的数学模型控制Fenton反应的进行,并对寻找出的规律进行验证。主要研究结果如下: (1)配置浓度为100mg/L的模拟苯酚废水,以Fenton反应进行处理。在反应条件为初始pH=3, H2O2=15mmol/L,n(FeSO4)/n(H2O2)=0.1时,经过30min反应,即可到达最佳的处理效果,CODCr的去除率在90%以上。各个参数对反应影响的主次关系为:H2O2投加量n(FeSO4)/n(H2O2)初始pH值。 (2)研究不同反应条件变化的情况下,氧化还原电位(ORP)随之变化的趋势。其中H2O2投加量及n(FeSO4)/n(H2O2)与氧化还原电位(ORP)的最高值之间呈正比关系。初始CODCr值与氧化还原电位(ORP)的最高值之间呈反比关系。氧化还原电位(ORP)最高值的变化,主要受达到平衡时Fe2+和Fe3+的浓度比的影响。 (3)建立以下数学模型公式:[CODCr]=1833.28+11.125[H2O2]-3.51ORPMAX; [H2O2]opt=0.0163[CODCr]+11.575。公式的R2值均达0.96以上。运用上述公式对Fenton反应处理模拟苯酚废水的试验进行控制,CODCr的去除率稳定在70%以上。同时,对于初始CODCr值预测的误差在50mg/L之内。


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