Fenton氧化法处理噁草酮生产废水

高畅宇，陈莉莉（安徽省化工设计院，安徽合肥230009）



Fenton氧化法处理噁草酮生产废水

高畅宇，陈莉莉
（安徽省化工设计院，安徽合肥230009）

摘要：以噁草酮生产废水为研究对象，研究了Fenton氧化法对高盐有毒农药废水的降解效果。通过正交和单因素试验，考查了反应时间、初始pH值、FeSO4·7H2O投加量和H2O2投加量对废水COD去除率的影响。结果表明，在100mL废水样品中，最优处理条件为反应时间3h，初始pH值为5，FeSO4·7H2O投加4g和30%H2O2投加5mL，COD去除率可达76.8%。

关键词：Fenton氧化法；噁草酮生产废水；氧化处理

除草剂噁草酮（Oxadiazon）以2，4-二氯苯酚为原料经过10步反应合成制得，其合成过程中产生的废水成分较为复杂，不但含硝基醚、DMF、甲苯、氮杂环类、氯代酚、氯仿等化合物，还含高浓度盐类，因此使得该废水难以被有效降解［1-2］。目前常采取的废水处理技术是浓缩蒸发除盐联合生物降解的方法，但该技术对蒸发器设备腐蚀严重、耗能高，且浓缩后的盐中含有树脂化焦油物和高沸点有机物而形成难降解的固体废弃物［3］。因此，对噁草酮生产废水的处理还需要采用更加有效的方法。

化学氧化法对含难降解有机物的工业废水具有较好的处理效果［4-5］。Fenton氧化法相较于其它化学氧化法具有反应迅速、操作简单、设备简易、对环境友好且对后续生化处理无毒害作用等明显优点，已广泛应用于农药、渗沥液等工业废水［6-9］及高浓度有机废水［10-11］的处理。其中，用Fenton氧化法深度氧化处理农药废水能有效降低COD，提高废水的可生化性［12］。吴启模等［13］利用Fenton氧化法对农药草甘膦（Glyphosate）生产废水进行处理，废水初始COD为35400mg/L，经氧化处理后，COD去除率可稳定达到60%左右，生化性明显提高。朱乐辉等［14］采用Fenton氧化法处理农药废水，H2O2的投加量为50 mmol/L，Fe2+/H2O2=1∶10（摩尔比），处理2h，COD和色度的去除率分别达到68.07%和90.11%，废水可生化性由0.012提高至0.248。鉴于此，本文研究了Fenton法处理噁草酮生产废水的可行性，去除固体废弃物，降低废水的有机污染物，提高其可生化性，从而利于后续生化处理，实现噁草酮生产废水的达标排放。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

PHS- 4CT酸度计（上海大中分析仪器厂）、HQL300B柜式恒温冷冻摇床（武汉中科科仪技术发展有限公司）、AUY120分析电子天平（日本岛津SHIMADZU）、DHG- 9240电热恒温鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司）。

浓盐酸（上海中试化工总厂）、浓硫酸（上海中试化工总厂）、重铬酸钾（天津市博迪化工有限公司）、FeSO4· 7H2O（汕头市西陇化工厂有限公司）、30%H2O2（上海中试化工总厂）、（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O（汕头市西陇化工厂有限公司），以上试剂均为分析纯。

1.2废水水质

噁草酮生产废水取自安徽科立华有限公司，废水为褐色，浑浊，有异味，初始COD为26622.4mg/L，pH为1.3。

1.3实验方法

在250mL锥形瓶中加入废水水样100mL，先调节pH，随后加入H2O2，FeSO4·7H2O，摇匀。在振荡条件下完全反应后，使用NaOH固体调节pH至强碱性（10左右），使Fe3+、Fe2+沉淀，达到停止反应的目的，避免干扰COD的测定。静置30 min后，取上清液进行COD测定。

1.4COD测定

采用GB11914.89的方法：

式中：Co-处理前废水COD，mg/L；C-处理后废水COD，mg/L。

2　结果与讨论

2.1正交试验

影响Fenton氧化法降解有机物的因素主要有反应时间、初始pH值、Fe2+浓度及H2O2用量等。选取四个因素三个水平，选用L9（34）正交表，采用正交试验取得较优条件，结果见表1。所用噁草酮生产废水初始COD为26622.4 mg/L。

表1　正交试验结果和极差分析

由表1可知，影响反应的主要因素为反应时间，时间过短，会导致H2O2反应不充分，产生的羟基自由基·OH量较少，COD去除率低；反应时间过长，羟基自由基·OH产量并不会增加，COD不能更进一步降低，从而导致设备能耗高，此外过长时间的搅拌可能打碎已产生的絮状体，不利于进行后续的生化处理。因此确定初步反应条件：反应时间2h，pH值6，每100mL水样投加FeSO4·7H2O、H2O2的量分别为4g、3mL。为确定最佳操作条件，需进一步开展单因素试验。

2.2单因素试验

依据正交试验结果进行单因素试验，从而确定Fenton氧化法处理噁草酮生产废水的适宜条件。

2.2.1反应时间

为确定最佳反应时间，需先依据正交试验选定每100 mL水样投入FeSO4·7H2O、H2O2的量分别为4g、3mL，初始pH为6，研究不同反应时间对COD去除率的影响，结果见图1。

图1　反应时间对COD去除率的影响

由图1可知，在前3h反应中，COD去除率随时间增加而快速增加，随着反应时间的延长，COD去除率的变化幅度减弱，趋于平稳，维持在74%～76%，因此确定3h为适宜的反应时间。

2.2.2pH值

由于溶液的pH值会影响Fe2+的存在形式，且Fenton试剂仅在酸性条件下催化双氧水产生·OH，从而发挥其氧化作用，在中性环境或碱性环境中，Fe2+催化作用则不能有效发挥。通过对不同pH值的研究，确定适宜的pH值，其结果见图2。

图2　pH值对COD去除率的影响

由图2可知，伴随初始pH值升高，COD去除率先升高后降低。当pH值＜5时，随着pH值升高，COD去除率增加；当pH值为5时，COD去除率最高，可达75.4%，随后，COD去除率随着初始pH值的升高而下降。由于pH值过低时，过多的H+会抑制Fe3+的还原，导致Fe2+无法及时补充以产生足够的·OH；当pH值过高时，不仅会减少·OH的生成量，而且Fe2+和Fe3+会形成沉淀，降低催化活性。因此确定适宜的pH值为5。

2.2.3H2O2的用量

为确定H2O2的用量，选定反应时间为3h，废水水样初始pH值为5，每100mL水样投加FeSO4·7H2O的量为4g，研究H2O2用量对COD去除率的影响，结果如图3。

图3　H2O2用量对COD去除率的影响

由图3可知，废水COD去除率随H2O2投加量的增加而增加，当H2O2用量为5 mL时，COD去除率最大，可达76.3%，之后趋于平稳。在H2O2投加量较低时，·OH随着H2O2投加量的增加而增多，·OH可与有机物迅速发生反应，但当投加量过高时，所产成·OH量过高，会使Fe2+与H2O2发生反应，因而消耗了H2O2、Fe2+，降低了· OH的有效浓度。因此确定每100mL水样投加H2O2的量为5mL。

2.2.4FeSO4·7H2O的用量

依据上述单因素试验结果，选定反应时间为3h，废水水样初始pH值为5，每100mL水样投加H2O2量为5mL，研究FeSO4·7H2O用量对废水COD去除率的影响，结果见图4。

图4　FeSO4·7H2O用量对COD去除率的影响

由图4可知，COD去除率随FeSO4·7H2O用量的增加而迅速增加，当FeSO4·7H2O投加量=4g时，COD去除率达76.8%，随后继续加入FeSO4·7H2O，COD去除率逐渐稳定，且有下降趋势。当Fe2+浓度较低时，·OH的含量随Fe2+浓度的增加递增，从而促进废水中COD降低；但当FeSO4·7H2O用量过高时，H2O2会氧化部分Fe2+，消耗H2O2，使·OH含量降低，不利于Fenton试剂氧化作用的发挥。因此确定每100mL废水水样投加FeSO4·7H2O的适宜量为4g。

3　结论

（1）正交试验确定了反应时间、初始pH值、FeSO4·7H2O和H2O2投加量4个因素对COD去除率的影响。实验结果表明：反应时间＞pH值＞30%H2O2溶液用量＞FeSO4·7H2O的用量。

（2）单因素试验结果得出最适反应条件为：反应时间3h，初始pH值为5，每100mL废水水样中FeSO4·7H2O、30%H2O2的投加量分别为4g和5mL，则COD去除率可达76.8%。

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Treatment of Oxadiazon-wastewater Using Fenton-oxidation Method

GAO Chang-yu，CHEN Li-li
（Anhui Design Institute of Chemical Industry，Hefei 230009，China）

Abstract：In this paper，Oxadiazon wastewater treated by the Fenton oxidation method was investigated. Based on orthogonal experiments and single factor experiments，the best operating conditions，such as the reaction time，the original pH，the dosage of FeSO4·7H2O and H2O2were determined as 3h，pH 5，FeSO4·7H2O 4gand 30%H2O25mL. In these conditions，the CODremoval rate can be up to76.8%.

Key words：Fenton oxidation method；Oxadiazon wastewater；oxidation treatment

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2016.03.024

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：1008- 553X（2016）03- 0068- 03

收稿日期：2016- 03- 13

作者简介：高畅宇（1988-），女，助理工程师，从事化工设计工作，15209889202，gcy0518@163.com。