科研项目预研报告书

Fenton法对畜禽废水处理工艺的研究
一、选题的目的和意义
近年来，随着我国农业结构的调整和农业产业化的推进，规模化、集约化的畜禽养殖业得以迅猛发展，成为我国农业农村经济的重要组成部分。

但是禽畜养殖业大力发展所带来的环境污染问题也日益严重，它不仅影响经济发展，而且还危及生态安全，已成为人们普遍关注的社会问题。

目前，我国每年约产生畜禽粪便45亿吨，其化学需氧量(COD)远远超过我国工业废水和生活污水之和。

畜禽养殖污染已成为继工业污染、生活污染之后的第三大污染源，成为我国农村污染的主要原因之一。

因此。

为有效减少畜禽养殖废水对环境的污染，保证我省畜禽养殖业的稳步健康发展，因地制宜地研究开发畜禽废水高效、低成本、资源化利用的技术和与养殖业、种植业有机结合的生态处理利用技术是非常必要
养殖场废水，主要由尿液、饲料残渣、夹杂粪便及圈舍冲洗水组成，其中冲洗水及尿液占了绝大部分。

未经处理的畜禽废水含有大量的有机污染物以及N、P等营养物质，污染负荷高。

若直接排入江、河、湖，废水中的大量有机物质进入水体后，将大量消耗水中的溶解氧，使水体发臭，最终导致水生生物的大量死亡；废水中的N、P会使水体富营养化，造成硝酸盐和亚硝酸盐浓度过高，人畜若长期饮用会引起中毒。

同时水体有毒成分增多，水质恶化，也将导致水生生物的大量死亡，从而严重地破坏水体生态平衡。

未经处理的废水直接、连续、过量的排入农田，可能导致土壤空气堵塞，造成土壤透气、透水性下降及板结、盐化，严重影响土壤质量和农作物的生长，如引起作物徒长、返青、倒伏。

使产量大大降低，推迟成熟期，影响后期作物的生长等。

废水中的残留兽药进入环境，可能转化为环境激素或环境激素的前体物，直接破坏生态环境并威胁人类的身体健康；废水中的大量病原微生物、寄生虫卵一旦进入环境，不仅直接威胁畜禽自身的安全。

还会严重危害人体健康，造成人、畜传染病的蔓延，导致疫情发生，给人畜带来灾难性危害。

畜禽养殖废水的处理方法有物理法、化学法、生物法。

但畜禽养殖废水属于排量大,
温度低，废水中固液混杂，纤维含量、有机物含量高，固形物体积较小，很难进行分离的有机废水。

同时冲洗时间相对集中，使得处理过程无法连续进行。

废水中的COD、BOD等指标严重超标，悬浮物量大，氮磷含量丰富且不易去除，单纯采用物理、化学或者生物处理方法都很难达到排放要求，需要使用多种处理方法相结合的工艺，致使废水处理的投资和运行费用过高。

而养殖业属于微利行业，在自然风险和市场经济双重压力的前提下，养殖场不可
能投入很多资金用于处理废水，造成在全国范围内的养殖场废水处理率很低，本课题以高强度畜禽废水为研究对象，用Fenton法通过固定变量法确定最佳过氧化氢浓度及初始过氧化氢（毫克/升）与CODcr的最佳比例，初始过氧化氢（毫克/升）与CODcr的最佳比例和最佳初始pH和最适反应时间，探寻一种投资少、运行费用低和处理高效的养殖废水处理方法已成为解决养殖业污染的关键所在。

目的是为畜禽废水的处理提供数据参考和理论依据。

二、选题的依据
2．1氧化作用机理
Fenton法的氧化机理可简单表示为：当pH值足够低时，在Fe2+的催化作用下过氧化氢就会分解产生·OH自由基，从而引发一系列的链反应(反应式1—8)…：
已有研究者采用顺磁共振(ESR)方法，以DMPO作为捕获剂，在Fenton处理过程中检测DMPO—OH配合物，证实了·OH自由基在Fenton处理过程中的存在。

研究者还利用自由基抑制剂(如碳酸根、异丙醇等)验证了·OH自由基在Fenton处理中的氧化作用心。

·OH自由基与有机物反应的实质：对于多元醇以及淀粉、蔗糖、葡萄糖等碳水化合物，与其C—C结构发生脱氢处理，生成游离R·，进一步反应，促使有机物被降解为小分子有机物或完全被矿化。

而对于不饱和有机物，·OH自由基可与C=C双键反应，促使C=C键断裂或使C=C结构饱和，最终被降解为毒性小的产物，促使废水的可生化性提高。

此外，低剂量的·OH自由基可促使酚类物质发生偶合作用生成聚合物MJ，有利于采用后续混凝处理有效去除水中有机物，降低其COD。

2．2混凝机理
Fenton法中的Fe2+和Fe3+，在pH5以上的条件下，可形成氢氧化亚铁或氢氧化铁的胶体沉淀，可吸附或絮凝水中的悬浮物和有机物等杂质，促使反应出水水质变化。

在采用Fenton 法处理垃圾渗滤液的实验中发现，处理过程中氧化所去除的COD占总COD去除率的23％左右，胶体物质吸附和沉淀作用对COD的去除起到主要作用。

三、研究内容
Fenton法处理废水的影响因素
由Fenton法的反应机理来看，·OH自由基是氧化作用的主要物质，影响·OH自由基产量的主要因素有：初始pH值、过氧化氢投加量、反应时间、反应温度、亚铁离子投加量等。

3．1初始pH值
由反应式1—8可见，Fe2+和Fe3+均可H202反应，促使·OH自由基的产生。

在中性和碱性条件下，Fe2+和Fe3+与水中OH一生成沉淀，不能作为催化剂使用，影响·OH自由基的生成；当pH过低时，则Fe3+不能顺利被还原为二价铁离子；因此Fenton法处理废水的初始反应pH值一般多控制在3左右，确定最佳初始pH值。

3．2反应时间
·OH自由基与有机物的反应速率快，其反应速率常数一般在1010一1014之间∞]。

在反应过程中废水的COD去除率随反应时间延长而增大，反应基本稳定时，COD去除率达到一定值。

大量研究证明Fenton法处理废水的反应速率与废水的pH值、催化剂种类、催化剂浓度等有关；对于不同的废水，反应所需时间并不相同。

汪晓军在处理混凝后的垃圾渗滤液时发现，当投加5．4mmol／L的双氧水，控制H202／Fe2+的比例为1．2，氧化3h后，废水的COD达到最大处理效果(48．5％)，此后延长反应时间对COD的去除效果影响不大，所以要确定最佳反应时间。

3．3 H202的投加量
固定硫酸亚铁的投加量不变，·OH自由基的生成量受到H202投加量的影响。

当H202达到一定投加量时，对·OH自由基的生成影响逐渐减少，同时H2O2的自分解产生的O2可导致后续絮体上浮，影响出水水质。

因此在实际处理过程中应选择最佳的H2O2投加量，以利于经济有效的处理有机废水。

3．4硫酸亚铁的投加量
Fe2+的投加量直接影响到·OH自由基的生成。

已有研究表明，在低Fe2+的量时，增加其投加量可有效促进·OH自由基的生成；过多的Fe“存在氧化过程中，也容易形成过多的·OH自由基，使自由基自身反应，反而影响对有机物的氧化作用帕J。

实际废水处理中，也应该根据废水的特点确定具体的H2O2的投加量。

分别采用Fe2+／H2O2为1：3—1：20比例处理高浓度焦化废水时，发现当比例为l：5时，COD去除率达到最大(91％)。

采用Fe2+／H202为1：20的比例处理高浓度邻苯二甲酸二辛醋生产废水得到89％的COD
处理效果。

3．5反应温度
化学反应的反应速率多与其反应温度相关。

温度每升高5一10℃，有机物与氧化剂的反应速率常数可提高2—3倍。

因此提高Fenton法的反应温度可缩短反应时间，提高反应效率。

处理洗胶废水时，反应体系的pH值为3左右，投加0．2mol／L的H202，40mmol／L的Fe2+，控制反应温度为40—100℃，反应60min，发现当反应温度达到85℃时；COD去除率可达到最高(85％左右)，温度高于85℃时，H202的稳定性受到温度的影响，降低H2O2的有效利用率。

因此需要确定最佳反应温度。

四、研究方法和方案
Fenton法处理畜禽废水的最佳条件参数的研究
4.1初始PH值对畜禽废水处理效果的研究
其他条件相同固定不变的情况下，研究不同初始PH值对畜禽废水处理效果的影响。

4.2反应时间对畜禽废水处理效果的研究
其他条件相同固定不变的情况下，研究不同反应时间对畜禽废水处理效果的影响。

4.3 H202的投加量对畜禽废水处理效果的研究
其他条件相同固定不变的情况下，研究不同H202投加量对畜禽废水处理效果的影响。

4.4硫酸亚铁的投加量对畜禽废水处理效果的研究
其他条件相同固定不变的情况下，研究不同硫酸亚铁投加量对畜禽废水处理效果的影响。

4.5反应温度对畜禽废水处理效果的研究
其他条件相同固定不变的情况下，研究不同反应温度对畜禽废水处理效果的影响。

五、预期研究结果与意义
5.1确定Fenton处理畜禽废水的最佳参数：初始pH值、过氧化氢投加量、反应时间、反应温度、亚铁离子投加量；
5.2搞清各参数的变化对畜禽废水处理效果影响的大小；
5.3从机理上探讨影响畜禽废水处理效果的因素；
5.4 探明该方法的可生化处理性，及生化处理后出水水质情况；
5.5 提出一种简便可行，处理效果好的畜禽废水处理工艺；
Fenton反应的影响因素有很多，但是至今的研究还不能对这些因素进行确切的定位。

Fenton法在处理高浓度难降解有机废水的方面上具有高效、快速降解有机污染物和有毒有害物质，以及二次污染少的特点。

在废水水处理工艺中有了很大的发展，Fenton反应的应用前景非常广阔。

在这个领域的进一步研究对于治理我国日益严重的环境污染问题特别是难降解有毒有机污染物的治理具有十分重要的理论意义和应用价值。

但由予其仍然具有运行成本高等问题，需要进一步研究和解决才能广泛应用于实际工程中。

此外，再与其他处理方法联用，可以降低处理成本，拓宽Fenton试剂的应用范围。

目前对Fenton法的研究方向主要在将Fenton法与声、光、磁等工艺相结合的同时，研究其各自的反应视理和动力学，了解有撬物的降解途径，并在此基础上开发新型高效催化剂，提高处理效率，降低运行费用，增强其实用性。

六、参考文献
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