2. 2 正交实验 影响陶粒填料-Fenton 工艺效果的因素有初始 pH 值、m(COD)∶m(H2O2)、n(Fe2+ )∶n(H2O2)和陶粒投加 量，为了探究各因素对不同指标的影响程度以及确定 最佳的工艺条件，进行 4因素 3水平正交实验，正交 因素水平如表1所示。 反应结束后，取上清液测定 COD 浓度，以 COD 去除率为考察指标，正交结果如表 2所示。从表 2中 可以看出，影响陶粒填料-Fenton 工艺效果的因素顺 序为：n(Fe2+ )∶n(H2O2)＞m(COD)∶m(H2O2)＞初始 pH 值＞陶粒填料投加量。正交实验得出陶粒填料-Fenton 最佳工艺条件为：初始 pH 值 4，m(COD)∶m(H2O2)= 1∶1.5，n(Fe2+)∶n(H2O2)=3∶5，陶粒填料投加量150 g/L。 在最佳工艺条件下对造纸废水进行处理，造纸废水进 水 CODCr 由 150.5 mg/L 降至 42.1 mg/L，色度由进水 114.5 PCU 降至 18.9 PCU，可达 《制浆造纸工业水污 染物排放标准》（GB 3544—2008）规定的小于50 mg/L 排放标准，从而达标排放。

2. 3 相同条件下常规 Fenton 工艺和陶粒填料-Fenton 工艺对造纸废水处理效果 为考察陶粒填料-Fenton 工艺和常规 Fenton 工艺对造纸废水 COD、色度去除效果，选择在相同反应 条件下采用常规 Fenton 工艺和陶粒填料-Fenton 工艺 分别处理造纸废水。反应条件 （此条件为常规Fenton 工艺最佳反应条件）为：初始pH值3，m(COD)∶m(H2O2)= 1∶2，即H2O2加入量0.6 mL/L，n(Fe2+)∶n(H2O2)=1∶1， 即FeSO4加入量0.9 g/L，每隔20 min取样1次。 2种不同工艺对造纸废水中的COD去除率结果如 图 6(a)所示。从图 6(a)可以看出，陶粒填料-Fenton 工 艺对COD去除率高于常规Fenton工艺，在反应60 min 时，两种工艺对 CODCr去除率相近，分别为 74.1% 和 75.0%，CODCr浓度分别为39.1 mg/L和37.6 mg/L。其机 理主要是加入的 Fe2+在催化 H2O2后被氧化为 Fe3+，而 加入的陶粒具有粗糙的表面，使Fe3+和未参与反应的 Fe2+负载在其表面，构成非均相 Fenton。陶粒吸附作 用以及非均相Fenton与Fenton同时参与反应，使陶粒 填料-Fenton工艺效率高于常规Fenton工艺。2种不同 工艺对造纸废水中的色度去除率结果如图 6(b)所示。 从图6(b)可以看出，陶粒填料-Fenton工艺在前160 min 稍逊色于常规 Fenton 工艺，在反应 160 min 后，对色 度的去除率高于常规Fenton工艺。总体来说，陶粒填 料-Fenton工艺效果优于常规Fenton工艺。 2. 4 相同COD去除率下常规Fenton工艺和陶粒填料Fenton工艺加药量对比 为考察陶粒填料-Fenton 工艺相较于常规 Fenton 工艺的试剂加入量，选择在相同COD去除率下利用2 种不同工艺处理造纸废水。常规Fenton工艺处理条件 为：初始 pH 值 3，m(COD)∶m(H2O2)=1∶2，即 H2O2 加入量 0.6 mL/L，n(Fe2+)∶n(H2O2)=1∶1，即 FeSO4加 入量0.9 g/L，每隔20 min取样1次；陶粒填料-Fenton 工艺处理条件为：初始 pH 值 4，m(COD)∶m(H2O2)= 1∶1.5，即 H2O2 加入量 0.5 mL/L，n(Fe2+ )∶n(H2O2) = 2∶5 时，即 FeSO4加入量 0.3 g/L，陶粒填料投加量 150 g/L，每隔20 min取样1次。 2 种不同工艺对造纸废水中的 COD 去除率如图 7(a)所示，结果表明，在前 80 min 内，常规 Fenton 工 艺对 COD 去除率高于陶粒填料-Fenton 工艺，这主要 是由于常规Fenton工艺FeSO4用量高于陶粒填料-Fen⁃ ton 工艺，较高浓度的 Fe2+催化 H2O2产生大量的•OH， 从而迅速降解有机污染物。在80 min时，2种不同工 艺对CODCr去除率相同均为68.0%。然而在80 min后， 陶粒填料-Fenton 工艺对 COD 去除率高于常规 Fenton 工艺，这主要归功于 Fe2+被氧化后产生的 Fe3+可以附 着在陶粒内部及粗糙表面，在体系内 H2O2和 HO2•的 作用下转化为具有催化作用的 Fe2+，继续发挥催化作 用，使体系内再次产生•OH，而常规Fenton工艺中的 Fe2+与Fe3+则全部被排出，转化的机会较小。2种不同 工艺下对造纸废水中的色度去除率如图7(b)所示，结 果表明，在前 100 min，陶粒填料-Fenton 工艺对色度 的去除率均低于常规 Fenton 工艺；100 min 后，陶粒 填料-Fenton 工艺对色度的去除率高于常规 Fenton 工 艺。相同 COD 去除率下，与常规 Fenton 工艺相比， 陶粒填料-Fenton工艺中的FeSO4添加量减少了66.7%， H2O2添加量减少了 16.7%。图 8 为陶粒填料处理造纸 废水前后的微观结构图。从图8可以看出，陶粒填料 在 Fenton 反应中产生的 Fe(OH)3絮体附着于其表面， 而絮体中含有的 Fe3+在 H2O2作用下被还原为 Fe2+，继 续发挥催化作用，从而提高 Fenton 对污染物去除率， 且陶粒多孔的结构同时可以参与有机污染物的吸附与 Fenton 形成协同效果，其反应机理如式(1)~式(4)[16] 所示。 H2O2+Fe2+→•OH+Fe3++OH- （1） Fe2++•OH→Fe3++OH- （2） H2O2+Fe3+→HO2•+H+ +Fe2+ （3） HO2•+Fe3+→Fe2++O2+H+ （4） 从图 8(a)和图 8(b)中可以看出，造纸废水处理前 后陶粒内部差别较小，孔隙结构明显，并未堵塞。 从图 8(c)可以观察到，陶粒表面有大量孔隙结构， 而处理造纸废水后 （图 8(d)），陶粒表面附着了大量 的絮体，且孔隙结构几乎被铁泥覆盖，充分说明生 成的铁泥在陶粒表面继续发挥作用，并没有彻底流 失；而铁泥中存在的 Fe3+可以一定程度上转化为 Fe2+，从而减少药剂投加量，达到降低成本的效果。 结果表明，陶粒填料-Fenton 工艺相较于常规 Fenton 工艺可以减少加药量，只是需要适当延长反应时间。

3 结 论 本研究以陶粒填料-Fenton 氧化为主要技术，对 二级生化处理后的造纸废水进行深度处理，以 COD去除率和色度去除率为考察指标，探究工艺最佳条件 及各因素影响程度。

3. 1 在陶粒填料-Fenton 工艺深度处理造纸废水中， COD去除率和色度去除率均随着初始pH值、m(COD)∶ m(H2O2)、n(Fe2+)∶n(H2O2)、陶粒填料投加量的增加呈 现出先提升后降低的趋势，通过单因素和正交实验得出 其最佳工艺为：初始pH值4，m(COD)∶m(H2O2)=1∶1.5， n(Fe2+)∶n(H2O2)=3∶5，陶粒填料投加量 150 g/L，反 应时间 30 min。在此反应条件下，陶粒填料-Fenton 工艺对造纸废水深度处理后，出水CODCr为42. 1 mg/L， 色度为18.9 PCU，满足COD低于50 mg/L （GB 3544— 2008） 排放标准。

3. 2 在相同反应条件下，通过对常规 Fenton 工艺和 陶粒填料-Fenton 工艺对造纸废水处理效果对比，可 以看出，陶粒填料-Fenton 工艺对有机污染物去除效 果优于常规 Fenton 工艺，且陶粒填料-Fenton 工艺对 造纸废水 CODCr去除率均高于 70%。通过对比 2 种工 艺下相同 COD 去除率所投加试剂量，发现陶粒填料Fenton 工艺比常规 Fenton 工艺节省了 66.7% 的 FeSO4 和 16.7% 的 H2O2。因此，综合 2种工艺的效果和药剂 投加量可以看出，陶粒填料-Fenton 深度处理造纸废 水工艺具有高效能、低成本的优势。