内电解+芬顿试剂组合处理农药废水的影响因素和机理分析

颜廷胜 王欲晓 张健 庄严 陆正祥

摘   要：内电解+芬顿试剂组合技术非常适用于农药废水处理，但是对COD氧化去除影响因素的显著性研究还没有公开文献报道。为此，本文在小试水平上采用正交实验方法进行研究。结果显示，微电解曝气的有无对农药废水COD去除率的影响非常显著（p<0.01），但曝气量的多少对COD去除率的影响不显著，H2O2投加体积对实验结果影响显著（0.01

关键词：内电解+Fenton组合;农药废水处理;正交试验;影响因素显著性;机理

作为世界上最大品种的除草剂，农药草甘膦占据全球市场30%的份额，其特点是非选择性、低残留、灭生性，可防除40多科植物，广泛用于橡胶、桑、茶、果园及甘蔗地等[1]。其主要生产工艺有两种：甘氨酸（烷基酯）法和亚氨基二乙酸（双甘膦）法[2]，根据生产工艺不同，COD范围从几千到几万mg/L，如表1所示，还有排放量大、含盐量高、毒性大、生物降解难等特点[3]。

生物处理是废水处理的主流工艺，但是多数草甘膦废水必须经过预处理才能进行生物处理。表1综述了众多预处理技术对COD的去除，微电解[4-6]、Fenton氧化[6-8]、微电解+Fenton氧化[6-8]等。多数文献关注影响废水处理的单因素考察和优化[3-9]，很少有文献报道组合技术（如微电解+Fenton氧化）影响因素的统计学分析以及COD去除机理的探讨。

本研究以农药草甘膦废水为原料，运用组合处理技术铁炭微电解+Fenton氧化在实验室小试水平上，采用正交试验研究关键因素对COD去除影响的显著性，并讨论了去除机理，为工业化运行提供指导。

1    材料和方法

1.1  材料与设备

草甘膦废水，某农药厂赠送，COD 7 000 mg/L;H2O2，分析纯;铁炭微电解填料，将铁、炭、金属催化剂按照一定的比例，通过两次高温冶炼成型、成孔技术制成，江西普茵沃润环保公司。COD速测仪5B-3F，兰州连华环保科技有限公司;pH计，PHS-3C上海佑科仪器有限公司;电子天平FA1004A，上海精密科学仪器有限公司。

1.2  方法和步骤

取500 mL烧杯，将增氧泵、气泡石置于烧杯底部，其上置带孔塑料板，塑料板上加入一定量填料，再加入100 mL草甘膦废水，进行实验。参考文献[3]列出的因素与水平，如表2所示;测定实验后废水的COD，并根据处理前COD含量变化计算COD去除率。极差分析和方差分析参考文献[10]。pH测量采用玻璃电极法，COD分析采用重铬酸盐法。

2    结果与讨论

2.1  实验结果的统计分析

图1是正交实验结果的极差分析趋势图，影响COD去除率因素的顺序是：单位时间曝气量>Fenton处理H2O2投加体积>废水∶微电解填料>微电解和Fenton处理时间>电解后Fenton处理H2O2加入时间。此外，曝气量的有无对COD去除率的影响非常显著，但曝气量的多少对COD去除率的影响不显著;增加H2O2的投加量能使废水的COD去除率达到更高，但在增加H2O2投加量的同时，工艺成本也在增加。

方差分析结果如表3所示：因素A、B和E对试验结果影响不显著，因素C（单位时间曝气量）对结果影响非常显著（p<0.01），因素D对结果影响显著（0.01

文献[3-9]都是优化工艺参数的报道，目的是获得最高的COD去除率，没有因素显著性的比较。本研究的实际COD去除率和文献[10]相似，略低于90%。虽然文献[3， 9]的COD去除率较高，都超过90%，但是条件苛刻，如文献[3]的进水浓度低，文献[9]依赖紫外光。

2.2  组合处理的机理讨论

铁碳微电解原电池反应阳极Fe-2e-→Fe2+，E0（Fe2+/Fe）= -0.44 V，阴极在酸性曝气条件下，O2+2H++2e-→H2O2，E0（O2/H2O2）=0.70 V。阳极产生的Fe2+和阴极产生的H2O2可以形成Fenton试剂，进而高效氧化废水中的COD。文献[11]均报道在内电解的反应器中检测到H2O2，证实了微电解反应中Fenton氧化的存在。

3    结语

微电解曝气的有无对农药废水COD去除率的影响非常显著（p<0.01），但是微电解曝气量的多少对COD去除率的影响不显著（p>0.05），H2O2投加体积对试验结果影响显著（0.01

[参考文献]

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[11]应迪文.微电解方法的原理研究、性能拓展及在难降解废水处理中的应用[D].上海：上海交通大学，2013.