Fenton试剂预处理有机磷农药废水的研究

Fenton试剂预处理有机磷农药废水的研究
蒋皎梅;杨丽;洪颖;高旬
【摘要】利用Fenton 试剂预处理有机磷农药废水,通过单因素和正交试验,考察
H2O2投加量、[Fe2+]/[H2O2]、初始pH值、反应时间等因素对废水COD去除率的影响.结果表明,Fenton 试剂预处理甲胺磷模拟废水的反应符合一级反应模型,优化条件为H2O2投加量为9/5理论投加量,[Fe2+]/[H2O2](摩尔浓度
比)=1:3,pH=4,反应时间为40 min.此条件下,废水COD去除率可达88.1%.
【期刊名称】《安徽农业科学》
【年(卷),期】2010(038)028
【总页数】2页(P15688-15689)
【关键词】Fenton试剂;有机磷农药;正交试验;动力学
【作者】蒋皎梅;杨丽;洪颖;高旬
【作者单位】南京工业大学,江苏南京,210009;南京工业大学,江苏南京,210009;南京市出入境检验检疫局,江苏南京,210001;南京工业大学,江苏南京,210009
【正文语种】中文
【中图分类】S481+.8
有机磷农药废水历来以有害成分多、毒性大、浓度高、可生化性差、难治理而成为人们关注的重点。

目前国外处理此类农药废水常用的方法有:浓废水用焚烧法，稀废水用活性污泥法、萃取法、活性炭吸附法［1］。

我国有机磷废水热值较小，不
宜采用焚烧法处理，而一般采用大稀释倍数的生化处理工艺，运行成本较高［1］，因此需要研究适当的预处理方法提高其可生化性，主要有湿式氧化法［1］、吸附法［2］和超声降解［3］等。

这几种方法不仅操作复杂，容易造成二次污染，而
且有机物降解率不高［3］。

Fenton试剂是由H2O2和Fe2+组合而成的能够产
生羟基自由基(·OH)的强氧化性反应试剂［4］，可无选择地氧化水中的大多数有
机物［5］，而且操作过程简单、费用低、无需复杂设备、对后续的生化处理无毒害作用［5－6］。

笔者选择易溶于水、毒性较大的有机磷杀虫剂甲胺磷模拟废水
作为研究对象，采用Fenton试剂对其进行预处理，通过单因素和正交试验，得到预处理的优化条件，并对此条件下的反应进行了动力学初步研究。

1 材料与方法
1.1 材料与仪器甲胺磷模拟废水:COD为2 852 mg/L。

pH计;精密电子天平;双氧水(30%);七水合硫酸亚铁(AR);氢氧化钠(AR)、浓硫酸(AR)。

1.2 试验方法取200 ml废水，在25℃条件下、分别调节起始pH值，投加一定
量的H2O2和Fe2+，分别反应适当的时间后，调节其pH值为8～9，静置、过滤，测定各份滤液的COD(按GB 11914-1989测定)。

2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 H2O2投加量对COD去除率的影响。

在确定H2O2投加量之前，依据废水的浓度计算出H2O2的理论投加量Qth。

分别投加 H2O24/5Qth、Qth、6/5Qth、9/5Qth、2Qth、3 Qth，以［Fe2+］/［H2O2］=1∶5投加 Fe2+，搅拌反应1 h，考察 H2O2投加量对COD去除率的影响(图1)。

图1 H2O2投加量对COD去除率的影响Fig.1 Effect of H2O2dosage on COD removal rate
由于·OH的生成量随H2O2投加量的增加而增加，COD去除率也随之逐渐升高，
当H2O2投加量为9/5Qth时，COD去除率最高，达83.5%，但随着H2O2投
加量的逐渐增加，较高浓度的H2O2会消耗体系中的·OH，同时，H2O2浓度过高，还会将Fe2+氧化成Fe3+，降低Fe2+催化产生·OH的效率，导致废水COD 去除率下降。

2.1.2 不同［Fe2+］/［H2O2］对COD去除率的影响。

分别改变［Fe2+］/
［H2O2］为1∶1、1∶2、1∶3、1∶5、1∶10、1∶20，H2O2 投加量为
9/5Qth，反应时间1 h，考察［Fe2+］/［H2O2］对COD 去除率的影响(图2)。

由图2可知，当Fe2+浓度过低时，Fe2+催化产生的·OH量较少，降解的有机物
也较少，表现为COD去除率较低;Fe2+浓度逐步增大可促进反
应:Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH－的进行，提高体系的氧化能力，当［Fe2+］/［H2O2］摩尔比为1∶3时，COD 去除率最高，为87.1%，但当Fe2+过多时，则会消耗·OH而转化成Fe3+，导致COD去除效率降低，同时还会增加出水的色度。

2.1.3 反应时间对COD去除率的影响。

不同反应时间对COD去除率的影响见图3。

图2 ［Fe2+］/［H2O2］(摩尔比)对COD去除率的影响Fig.2 Effect of molar ratio of Fe2+to H2O2on COD removal rate
图3 反应时间对COD去除率的影响Fig.3 Effect of reaction time on COD removal rate
由图3可知，COD去除率随时间的延长而增大，反应前期COD的去除速度较快，后期趋缓，当时间超过40 min后，COD去除率基本稳定。

2.1.4 起始pH值对COD去除率的影响。

起始pH值分别为1、2、3、4、5、6 时，对 COD 去除率的影响见图4。

图4 起始pH值对COD去除率的影响Fig.4 Effect of initial pH value on COD removal rate
由图4可知，起始pH值太低时，H+与HO·结合生成H2O，不利于COD的去除，起始pH值太高时，Fe2+易形成Fe(OH)2胶体;起始pH值在3～5之间时，COD 去除率最大。

2.2 正交试验为进一步确定Fenton试剂预处理废水的优化条件，设计了4因素3水平的正交试验(表1)。

结果表明，各因素对COD去除率的影响依
次为［Fe2+］/［H2O2］＞H2O2投加量＞pH值＞反应时间，优化处理条件为:H2O2投加量为 9/5 Qth，［Fe2+］/［H2O2］(摩尔比)=1∶3，pH 值为 4，反应时间为40 min。

此条件下COD去除率可达88.1%，为废水后续生化处理奠
定了基础。

表1 正交试验结果Ta ble 1 Results of the orthogonal experiment1∶3 30 80.2 2.3 反应动力学在优化反应条件下，考察预处理体系中，lncCOD与反应时间(t)之间的关系，并对此反应进行动力学初探(图5)。

结果表明，Fenton试剂对甲胺磷
模拟废水的COD去除反应速率常数为0.032 min－1，动力学方程为
lncCOD=7.135 －0.032t(r=0.998 8)，可以看出，此反应符合一级反应动力学模型。

图5 优化反应条件下LncCOD-t关系Fig.5 The curve of LncCOD-t under the optimum reaction conditions
3 结论
(1)Fenton试剂氧化甲胺磷模拟废水的反应符合一级反应模型，其动力学方程为lncCOD=7.135－0.032t(r=0.998 8)，反应速率常数为 0.032 min－1。

(2)Fenton试剂预处理高毒甲胺磷废水的优化条件为:H2O2 投加量为9/5Qth，［Fe2+］/［H2O2］=1∶3，pH 值为 4，反应时间为40 min。

在此条件下，COD去除率可达88.1%。

参考文献
［1］沈阳化工研究院环保室.农药废水处理［M］.北京:化学工业出版社，2000.
［2］徐亮.甲胺磷农药废水处理工艺研究［J］.农村生态环境，1998，14(4):29－33.
［3］孙红杰，张志群.超声降解甲胺磷农药废水［J］.中国环境科学，2002，
22(3):210－213.
［4］薛蔓，张磊，崔元臣.芬顿试剂对田菁胶的氧化降解［J］.应用化学，2009，26(10):1241.
［5］AROBERTO ANDREOZZI，VINCENZO CAPRIO，AMEDEO INSOLA，et al.Advanced oxidation processes(AOP)for water purification and recovery ［J］.Catalysis Today，1999，53(1):51 －59.
［6］LUNAR L，SICILIA D，RUBIO S，et al.Identification of metol degradation products under Fenton's reagent treatment using liquid chromatographymass spectrometry［J］.Wat Res，2000，34(13):3400 －3412.。