近年來，隨著我國國民經濟的快速發展，鋼鐵工業的生產規模和產能迅速躍居世界第一，由此帶動了工業焦炭生產能力的顯著增加。與此同時，在焦化廠的煉焦、煤氣凈化和副產品回收過程中產生的焦化廢水，成為中國最嚴重的水體環境污染問題之一。焦化廢水中污染物組成復雜，除含有揮發酚、氰化物外，還含有許多難以生物降解的芳香族有機物、多環化合物，以及含氮、氧、硫等的雜環化合物。焦化廢水中的大多數有機物具有強毒性、誘變致癌性并可能產生長遠的環境和生態影響。焦化廢水是一種典型的難處理高濃度工業有機廢水，如何對其進行有效的處理和回收利用一直是國內外工業廢水污染控制領域的一大難題。
常用的焦化廢水處理方法有A-O法、A-A-O法和活性污泥法等。但采用這些方法處理后，出水COD、NH3-N和色度等指標很難同時達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的一級排放標準。因此，為了使處理后的焦化廢水能夠穩定達標排放甚至實現工業回用，常需要結合采用化學法（如氧化法）或物理化學法（如吸附法）對其進行深度處理。在化學處理法中，Fenton試劑氧化法作為一種高級氧化技術得到廣泛采用。Fenton試劑是由過氧化氫與催化劑Fe2+構成的氧化體系，其對廢水中難降解有機污染物具有氧化分解能力強，降解效果顯著的特點。相對于其他高級氧化技術（如光催化氧化、臭氧氧化等），Fenton試劑氧化法具有操作過程簡便、藥劑易得、運行成本低、無需復雜設備且對環境友好等優勢，具有很好的應用前景。
本研究采用硫酸亞鐵和過氧化氫構成的Fenton試劑氧化體系對焦化生化廢水進行深度處理，重點考察了藥劑投加量、廢水pH等工藝條件對焦化生化廢水處理效果的影響規律。
1 實驗部分
1.1 主要儀器與試劑
主要儀器：JJ-4型六聯電動攪拌器，江蘇金壇市榮化儀器制造廠；pHS-3D型pH計，上海精科電子有限公司；ET99732型多用途微電腦水質快速測定儀，北京艾諾威公司；SD-9011型色度儀，上海昕瑞儀器儀表有限公司。
主要試劑：過氧化氫（H2O2），質量分數為30%，廣東省精細化學品工程技術研究開發中心；七水合硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O），廣東省精細化學品工程技術研究開發中心；聚丙烯酰胺（PAM），平均相對分子質量約為300萬，安徽巨成精細化工有限公司；硫酸，湖南星空化玻有限責任公司；氫氧化鈉，長沙市湘科精細化工廠。實驗所用試劑均為分析純。
1.2 實驗用水
實驗用水為某鋼鐵企業經活性污泥生化處理后的焦化廢水，外觀呈淺棕色，有刺激性氣味，其水質：COD為479 mg/L，NH3-N為180 mg/L，色度為389度，pH為9.50。
1.3 實驗方法
于常溫下取200 mL焦化生化廢水置于500 mL燒杯中，先用質量分數為15%的H2SO4溶液或質量分數為10%的NaOH溶液調節廢水pH至某一設定值，再加入一定量的FeSO4·7H2O和一定體積的H2O2，然后用六聯電動攪拌器在轉速120 r/min下攪拌10 min。加入一定量800 mg/L的PAM，繼續在轉速60 r/min下攪拌5 min。靜置沉降30 min，取上清液分別測定其COD、NH3-N和色度，并計算COD、 NH3-N和色度去除率。
2 結果與討論
2.1 初始pH對處理結果的影響
在FeSO4·7H2O投加量為500 mg/L，H2O2投加量為3.5 mL/L，PAM投加量為4.0 mg/L的條件下，考察了廢水初始pH對處理效果的影響，結果見 圖 1。
圖 1 廢水初始pH對處理效果的影響
由圖 1可知，廢水初始pH對處理效果的影響很大。當初始pH在4以內時，隨著pH的增加，COD和NH3-N去除率均升高；當初始pH為4~10時，COD和NH3-N去除率基本維持不變。而色度去除率則在pH為2~10的范圍內隨著pH的增加而升高。當初始pH達到10以上時，COD、NH3-N和色度去除率均迅速下降，這是因為初始pH過高，廢水中會存在大量的OH-，從而抑制了·OH的產生，同時使其中的Fe2+和Fe3+以氫氧化物的形式直接生成沉淀而失去了催化能力。從處理效果和試劑的消耗等方面綜合考慮，廢水初始pH維持在原水pH（即 pH＝9.50）時較為適宜。
2.2 FeSO4·7H2O投加量對處理結果的影響
在廢水初始pH為9.50，H2O2投加量為2.5 mL/L，PAM 投加量為4.0 mg/L的條件下，考察了 FeSO4·7H2O投加量對處理效果的影響，結果見 圖 2。
圖 2 FeSO4·7H2O投加量對處理效果的影響
由圖 2可知，隨著FeSO4·7H2O投加量的增加，COD、NH3-N和色度去除率升高，當FeSO4·7H2O投加量增加至500 mg/L時，處理效果達到最佳，繼續增加FeSO4·7H2O投加量，COD、NH3-N和色度去除率則有所下降。這是因為當FeSO4·7H2O投加量較低時，溶液中Fe2+催化H2O2產生·OH的速度慢、產量少，因此氧化效果差；而當FeSO4·7H2O投加量過大時，過量的Fe2+會與·OH發生如式（1）的氧化反應，從而消耗掉起主要作用的有效因子·OH，導致COD、NH3-N和色度去除率下降〔11〕。選擇FeSO4·7H2O投加量為500 mg/L較為適宜。
2.3 H2O2投加量對處理結果的影響
在廢水初始pH為9.50，FeSO4·7H2O投加量為500 mg/L，PAM投加量為4.0 mg/L的條件下，考察了H2O2投加量對處理效果的影響，結果如圖 3所示。
圖 3 H2O2投加量對處理效果的影響
由圖 3可知，隨著H2O2投加量的增加，COD、NH3-N和色度去除率升高，當H2O2投加量增加到一定程度后，繼續增加H2O2投加量，COD和NH3-N去除率的變化變得平緩，而色度去除率則有所下降。這可能是因為H2O2投加量較低時，增加H2O2投加量會使生成的·OH增加，從而使COD、NH3-N和色度去除率迅速升高；而當H2O2投加量過大時，較高濃度的H2O2一方面會加劇其自身的分解反應，另一方面H2O2本身會消耗·OH，發生如式（2）的反應。此外，過大用量的H2O2還會將Fe2+氧化為Fe3+，從而使氧化過程按式（1）進行，導致大量的·OH消耗于Fe2+的催化氧化過程，而廢水中微溶的Fe3+由于其本身所具有的顏色特征，也會使色度有所上升。從處理效果與試劑的消耗成本等方面綜合考慮，選擇 H2O2投加量為3.5 mL/L較為適宜。
2.4 PAM投加量對處理結果的影響
在廢水初始pH為9.50，FeSO4·7H2O投加量為500 mg/L，H2O2投加量為3.5 mL/L的條件下，考察了PAM投加量對處理效果的影響，結果見圖 4。
由圖 4可知，PAM投加量對焦化生化廢水的處理效果有一定的影響。隨著PAM投加量的增加，COD、NH3-N和色度去除率均升高，當PAM投加量﹥ 4.0 mg/L時，COD、NH3-N和色度去除率的升高幅度不大。從PAM的降解性、處理效果和試劑的消耗等方面綜合考慮，選擇PAM投加量為4.0 mg/L較為適宜。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
（1）對于焦化有機廢水，在現有的活性污泥法一級處理基礎上，采用Fenton高級氧化法對其進行深度處理，可使廢水中的COD、NH3-N和色度得到進一步有效去除。
（2）常溫下采用Fenton高級氧化法處理焦化生化廢水，影響處理效果的最主要因素是廢水初始pH、Fenton試劑（硫酸亞鐵和過氧化氫）投加量和絮凝劑PAM的投加量。
（3）對于中等濃度的焦化生化廢水（COD為 200~500 mg/L），較適宜的Fenton高級氧化工藝條件：廢水初始pH為8~10，FeSO4·7H2O投加量為500 mg/L，H2O2投加量為3.5 mL/L，PAM投加量為4.0 mg/L。在此條件下，COD、NH3-N和色度去除率分別可達85.9%、97.3%、84.6%。經Fenton高級氧化法深度處理后的焦化廢水能夠穩定達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的一級排放標準，并有望實現其在企業內部的循環回用。
