Uv协同Fenton氧化法对模拟青霉素废水的处理研究

孙威，章夏冬，吴昊翔，战博群，张凤娇

Uv协同Fenton氧化法对模拟青霉素废水的处理研究

孙威1，章夏冬1，吴昊翔2，战博群1，张凤娇1

（1. 吉林师范大学 环境科学与工程学院，吉林 四平 136000； 2. 山东省青岛市第二中学，山东 青岛 266061）

采用Uv/Fenton试剂氧化法对模拟青霉素废水进行降解研究。探讨了反应初始pH值、反应温度、反应时间、过氧化氢的用量以及过氧化氢和铁离子浓度比等影响因素对青霉素废水COD去除率的影响。实验结果表明，当废水的初始pH值为5.0，Fe2+/H2O2浓度比为1:20，过氧化氢投加量为0.3%，反应时间为30 min，紫外光照射波长为185 nm的条件下，青霉素废水的COD去除率最高可以达到91%。

Fenton试剂；青霉素废水；COD

青霉素(Benzylpenicillin ) 是一类重要的β-内酰胺类抗生素，青霉素废水所含成分复杂，是典型的难以降解的有机废水，通常的处理方法如物理化学方法（例如吸附、沉淀、萃取、调节、混凝、离子交换等）以及生化方法难以达到实际生产过程中青霉素废水处理的标准[1]。因此需要更为高效的青霉素废水处理方法和条件。Fenton 氧化法是一种对难以降解的污水进行处理的方法[2]。利用Fe2+和过氧化氢产生的羟基自由基（在反应中充当氧化剂的角色）与模拟青霉素废水中的污染物发生氧化反应。通过对反应初始pH、反应温度、反应时间、有无紫外光照射、不同过氧化氢的用量、过氧化氢和Fe2+浓度比等反应条件的控制来探究对模拟青霉素废水去除率的影响，通过实验得出最适宜反应条件。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

仪器：FA2104N电子天平（上海民桥精密科学仪器有限公司）；pHS-HA数显酸度计（金坛市精达仪器制造厂）；TU-1810型紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）；CJJ-931磁力加热搅拌器（常州普天仪器制造有限公司）；紫外光灯（上海季光特种照明电器厂）

试剂：30%过氧化氢；重铬酸钾溶液（0.50 mol/L）；硫酸溶液（10%）；Ag2SO4（10 g/L）；硫酸汞（0.24 g/mL）；邻苯二甲酸氢钾；FeSO4·7H2O（0.278 g/L）。

1.2 青霉素模拟废水的制备

取市售注射用青霉素1.0 g，加入去离子水稀释至1 000 mL，备用。

1.3 COD值的测定

取3 mL待测水样于消解管中，分别滴加1 mL K2Cr2O7溶液，0.5 mLHgSO4溶液；6 mL Ag2SO4－H2SO4溶液，然后将消解管置于165 ℃消解仪中，消解15 min，将混合液冷却至室温。在波长为600 nm条件下测定吸光度，根据标准曲线计算样品的COD值。

2 结果与讨论

2.1 Fe2+和H2O2浓度比对青霉素废水COD去除率的影响

分别于五个烧杯中加入100 mL的青霉素废水，调节pH至5.0；分别滴加 FeSO4溶液和30% H2O2溶液，调节Fe2+/H2O2浓度比为1:10、1:15、1:20、1:25、1:30，置于磁力搅拌器上搅拌，在室温条件下反应30 min，取反应后滤清液测定其COD值，结果如图1所示。

由图1可知，随着Fe2+/H2O2浓度比的增加，青霉素废水的COD去除率先上升再下降，当Fe2+/H2O2浓度比为1:20时，青霉素废水的COD去除率最高。

结合该反应机理分析得知，当在较低的Fe2+/H2O2浓度比时，催化剂较少，降低了反应速率；但是催化剂的浓度过高，也会使过剩的Fe2+加入到反应中来，消耗体系中的氧化剂。因此系统中催化剂和氧化剂保持合适的比例，有利于整体反应的进行。

图1 不同Fe2+/H2O2浓度比对COD去除率的影响

2.2 pH值对青霉素废水COD去除率的影响

分别于七个烧杯中加入100 mL的青霉素废水，调节pH至2、3、4、5、6、7、8；分别滴加1 mLFeSO4溶液和0.6 mL的H2O2溶液，同时进行搅拌使溶液混合均匀；置于磁力搅拌器上搅拌，在室温条件下反应30 min，分别取反应后滤清液测定其COD值，结果如图2所示。

图2 pH值对COD去除率的影响

由图2中可知，当废水pH= 5. 0时，对废水COD 的去除效果最好。对比同类型实验，这一最适pH值存在一定差异，推测与废水的组成成分及属性等有关，废水中原有物质对反应体系产生不同干扰，造成所得结果不尽相同。

2.3 H2O2投加量对废水COD去除率的影响

分别于五个烧杯中加入100 mL的青霉素废水，调节pH至5.0；分别滴加1 mL硫酸亚铁溶液，再分别滴加1、1.5、2、2.5、3 mL的30% H2O2溶液，调节过氧化氢H2O2的浓度分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，置于磁力搅拌器上搅拌，室温条件下反应30 min，取反应后滤清液测定其COD值，结果如图3所示。

由图3中可知，调节过氧化氢的用量，对COD的去除率具有显著影响。在过氧化氢加入量较低时，过氧化氢加入量与COD去除率呈正相关。过氧化氢加入量达到0.3%时，COD去除率可达到81%。随着过氧化氢加入量的增大，H2O2可能氧化反应体系中的催化剂Fe2+，从而影响催化剂Fe2+的催化效果，使青霉素废水中的有机物不能被有效降解。

图3 过氧化氢用量对COD去除率的影响

2.4 反应时间对青霉素废水COD去除率的影响

分别于中加入100 mL的青霉素废水，调节pH至5.0，再分别滴加1 mL硫酸亚铁溶液和0.6 mL的H2O2溶液，搅拌均匀；置于磁力搅拌器上搅拌，室温下分别反应10、20、30、40、50、60 min，取反应后滤清液测定其COD值，结果如图4所示。

图4 反应时间对COD去除率的影响

由图4可知，反应前30 min，随着反应时间的延长，青霉素废水的COD去除率逐渐增大，当反应30 min以后，青霉素废水中的COD去除率不再明显增大，基本不再变化。所以将反应时间确定为30 min。

2.5 反应温度对青霉素废水COD去除率的影响

分别于5个中加入100 mL的青霉素废水，调节pH至5.0；分别滴加1 mL硫酸亚铁溶液和0.6 mL的H2O2溶液，搅拌均匀；置于磁力搅拌上搅拌，反应温度分别调节至50、60、70、80、90 ℃。反应30 min，取反应后滤清液测定其COD值，结果如图5所示。

由图5可知，当温度低于70 ℃，青霉素废水COD去除率随温度的升高而升高，当温度高于80 ℃时，青霉素废水COD去除率随温度升高而降低。温度为70 ℃和80 ℃反应体系COD去除率基本一致，分别为73%和72%，结果表明温度为75 ℃时废水COD去除率最高为76%。

2.6 紫外光照射对青霉素废水COD去除率的影响

分别于四个烧杯中加入100 mL的青霉素废水，调节pH至5.0；分别滴加1 mL硫酸亚铁溶液和0.6 mL的H2O2溶液，搅拌均匀；置于磁力搅拌上搅拌，分别取波长为185、254、302、365 nm的紫外光在上方照射，反应30 min，在反应时间为5、10、15、20、25、30 min取部分滤液测定其COD值，结果如图6所示。

由图6可知，在反应pH为5，过氧化氢与铁离子配比保持不变时，COD去除率均随反应时间的延长逐渐增大。而且随着照射波长的减小，COD去除率也逐渐增大。在波长为185 nm的紫外光照射30 min时，COD的去除率可以达到91%。

图6 紫外光对COD去除率的影响

3 结 论

（1）利用Fenton试剂氧化处理模拟青霉素废水，去除效果较好。在废水的初始pH值为5.0，Fe2+/H2O2浓度比为1:20，过氧化氢投加量为0.3%，反应时间为30 min，模拟青霉素废水的COD去除率可以达到81%；

（2）反应温度对青霉素废水的去除率有一定的影响，在其它反应条件一定时，反应温度为75 ℃的条件下，溶液COD去除率达到最高值87%；

（3）采用不同波长的紫外光照射，青霉素废水的去除率随波长的减小而增大，在波长为185 nm的紫外光照射30 min时，COD的去除率可以达到91%。

［1］祁佩时, 赵俊杰, 刘云芝, 等. 抗生素制药废水有机污染物分布特性研究[J]. 环境污染与防治, 2013, 35(3): 26-30.

［2］ 包木太, 王娜, 陈庆国, 等. Fenton 法的氧化机理及在废水处理中的应用进展[J]. 化工进展, 2008, 27(5): 660-665.

［3］ 李再兴, 左剑恶, 剧盼盼, 等. Fenton氧化法深度处理青霉素废水二级出水[J]. 环境工程学报, 2013, 7(1): 132-136．

［4］ 朱琳娜, 吴超, 何争光. Fenton 试剂法处理难生物降解有机废水最新进展[J]. 能源技术与管理, 2006, 2: 59-62．

［5］ 陈胜兵, 何少华, 娄金生, 等. Fenton试剂的氧化作用机理及其应用[J]. 环境科学与技术，2004, 27(3): 105-107．

Study on Treatment of Penicillin Wastewater by Uv/Fenton OxidationProcess

1,1,2,1,1

（1. College of Environmental Science and Engineering, Jilin Normal University, Jilin Siping 136000, China；2. Qingdao No.2 High School, Shandong Qingdao 266061, China,）

The treatment of penicillin wastewater by Uv/Fenton reagent oxidation method was studied. Effect of initial pH value, reaction temperature, reaction time, hydrogen peroxide amount, concentration ratio of hydrogen peroxide to iron ion on the removal rate of COD was investigated. The experiment results indicated that when the initial pH of wastewater was 5.0, the concentration ratio of Fe2+to H2O2was 1:20, hydrogen peroxide dosage was 0.3%, reaction time was 30 min and the radiation wavelength was 185 nm,the COD removal rate of penicillin wastewater reached to 91%.

Fenton; penicillin wastewater; COD

X 703

A

1004-0935（2017）10-0939-03

2017-07-10

孙威（1970-），女，副教授，博士，吉林农安人，1992毕业于吉林师范大学，研究方向：污染修复及资源化。