酸析—微电解—Fenton试剂氧化联合工艺预处理苯达松废水

赵选英，戴建军，唐凤霞，张洋阳，卞为林，蒋 杨

（南京大学盐城环保技术与工程研究院，江苏 盐城 224000）

治理技术

酸析—微电解—Fenton试剂氧化联合工艺预处理苯达松废水

赵选英，戴建军，唐凤霞，张洋阳，卞为林，蒋 杨

（南京大学盐城环保技术与工程研究院，江苏 盐城 224000）

采用酸析—微电解—Fenton试剂氧化联合工艺预处理苯达松废水。考察了酸析pH、铸铁粉加入量、微电解时间、双氧水加入量、Fenton试剂氧化时间等因素对废水处理效果的影响。实验结果表明：最佳工艺条件为酸析pH 3.0，铸铁粉加入量1.0 g/L，微电解时间2 h，Fenton试剂氧化时间4 h，双氧水加入量25 mL/L；在最佳工艺条件下处理初始COD为22 500 mg/L、BOD5/COD为0.08、色度为2 500倍的苯达松废水，总COD去除率为96.2%，出水COD为858 mg/L，出水色度为150倍，BOD5/COD为0.38；采用微电解—Fenton试剂氧化联合工艺预处理酸析后的苯达松废水，处理效果远高于单独微电解和单独Fenton试剂氧化工艺。

酸析；微电解；芬顿试剂氧化；苯达松；农药废水

苯达松是一种农药除草剂，通常采用靛红酸酐法进行合成：首先用靛红酸酐、异丙胺在二氯乙烷中进行酰胺化反应，再与氯磺酸、2-甲基吡啶催化成复盐，然后在三氯氧磷作用下发生环合反应闭环得到苯达松产品。农药生产过程中排放的废水包括农药合成生产排放水、产品精制洗涤水、车间和设备洗涤水等。农药废水的COD往往高至10～100 g/L，含有难降解有毒有机污染物，环境危害大［1］。对农药废水的处理通常采用预处理与生物处理相结合的工艺。农药废水的预处理方法主要有氧化剂氧化法、电化学法、光催化氧化法、湿式氧化法等［2-4］。其中，单独采用微电解处理能力有限，对微电解出水再进行Fenton试剂氧化处理则可大大改善有机物的去除效果［5］。微电解—Fenton试剂氧化联合工艺集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、电沉积及共沉积等作用于一体［6］，可有效去除难降解有机污染物。

本工作采用酸析—微电解—Fenton试剂氧化联合工艺对苯达松生产废水进行预处理，考察了各种因素对废水处理效果的影响。

1 实验部分

1.1 试剂和材料

浓H2SO4，30%（w）双氧水，CaO：分析纯。铸铁粉：粒径180～250 μm，含碳量10%（w）。苯达松生产废水：取自江苏某农药生产公司，废水pH 8.6，COD 22 500 mg/L，BOD5/COD

0.08，ρ（NH3-N） 25 mg/L，色度2 500倍。

1.2 实验方法

1.2.1 酸析

在常温、磁力搅拌的条件下，向废水中加入浓H2SO4调节废水pH。待反应充分后真空抽滤，测定滤液的COD和色度。

1.2.2 微电解

取酸析后的滤液200 mL，加入一定量的铸铁粉，在常温下进行磁力搅拌，反应一定时间后测定上清液的COD和pH。

1.2.3 Fenton试剂氧化

取微电解反应出水上清液200 mL加入一定量的双氧水，常温下进行磁力搅拌，反应一定时间后加入CaO调节体系pH至中性，混凝沉淀后测定上清液的COD和色度。

1.3 分析方法

按照GB 11914—1989《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》［7］测定废水COD；按照GB 6920—1986《水质 pH值的测定 玻璃电极法》［8］测定废水pH；按照GB 11903—1989《水质 色度的测定》［9］测定色度；按照HJ 505—2009《水质 五日生化需氧量（BOD5）的测定 稀释与接种法》［10］测定BOD5；采用邻菲罗啉分光光度法测定Fe2+质量浓度［11］。

2 结果与讨论

2.1 酸析pH对酸析效果的影响

酸析pH对酸析效果的影响见图1。由图1可见：随酸析pH的降低，废水COD和色度的去除率逐渐增加；当酸析pH 降至3.0时，酸析COD去除率达到最大值（80.6%）；继续降低酸析pH，COD去除率略有下降。这是由于酸度过高，易出现胶体再稳现象，不利于物质的析出［12］。因此，确定酸析pH为3.0，此时酸析出水COD降至4 364 mg/L，酸析出水色度为168倍。

图1 酸析pH对酸析效果的影响

2.2 铸铁粉加入量对微电解效果的影响

铸铁粉由纯铁、Fe3C及一些杂质组成，铸铁中的Fe3C以极小的颗粒分散在铁内。将铸铁浸没在废水中，构成成千上万个微小的原电池，可发生内部电解反应。利用电极反应生成的产物与水中的有机污染物发生反应，可使污染物的结构和形态发生变化［13-15］，从而达到降解污染物的目的。在酸析pH为3.0、微电解时间为3 h的条件下，铸铁粉加入量对微电解COD去除率的影响见图2。由图2可见：随铸铁粉加入量的增加，微电解COD去除率逐渐增加；当铸铁粉加入量由0.5 g/L增至1.0 g/L时，微电解COD去除率增加幅度较大；当铸铁粉加入量为1.0～3.0 g/L时，微电解COD去除率基本维持在20%左右；继续增加铸铁粉加入量，微电解COD去除率略有增加。因此，综合考虑处理成本及微电解效果，确定铸铁粉加入量为1.0 g/L。

图2 铸铁粉加入量对微电解COD去除率的影响

2.3 微电解时间对微电解效果的影响

在酸析pH为3.0、铸铁粉加入量为1.0 g/L的条件下，微电解时间对微电解效果的影响见图3。由图3可见：随微电解时间的延长，微电解COD去除率先增大后减小，微电解pH逐渐增大；当微电解时间为2 h时，微电解COD去除率最大，达21.4%；当微电解时间为4 h时，微电解pH升至3.7，微电解COD去除率降至13.8%。这是由于，微电解时间过长，废水pH上升，使得微电解电极反应减弱，不利于微电解反应的进行。同时，铁和酸的大量消耗导致废水中亚铁离子增多，使污泥处理成本增加［16］。综合考虑，确定微电解时间为2 h。

图3 微电解时间对微电解效果的影响

2.4 Fenton试剂氧化时间对Fenton试剂氧化效果的影响

在酸析pH为3.0、铸铁粉加入量为1.0 g/L、微电解时间为2 h、双氧水加入量为10 mL/L的条件下，Fenton试剂氧化时间对Fenton试剂氧化COD去除率的影响见图4。由图4可见：随Fenton试剂氧化时间的延长，Fenton试剂氧化COD去除率逐渐增加；当Fenton试剂氧化时间为4 h时，Fenton试剂氧化COD去除率达到最大，并趋于稳定。因此，确定Fenton试剂氧化时间为4 h。

图4 Fenton试剂氧化时间对Fenton试剂氧化COD去除率的影响

2.5 双氧水加入量对Fenton试剂氧化效果的影响

在酸析pH为3.0、铸铁粉加入量为1.0 g/L、微电解时间为2 h、Fenton试剂氧化时间为4 h的条件下，双氧水加入量对Fenton试剂氧化效果的影响见图5。由图5可见：当双氧水加入量小于25 mL/ L时，随双氧水加入量的增加，Fenton试剂氧化出水COD逐渐降低，当双氧水加入量为25 mL/L时，COD降至最低，为858 mg/L；随双氧水加入量的增加，Fenton试剂氧化出水色度逐渐降低，当双氧水加入量为30 mL/L时，色度最低，为50倍。

图5 双氧水加入量对Fenton试剂氧化效果的影响

一般，随双氧水加入量的增加，COD去除率先增大后减小［17］，这与本实验的结果一致。原因是双氧水不仅会产生·OH，同时又是·OH的清除剂。在双氧水浓度较低时，随着双氧水浓度的增加，产生的·OH增加，·OH全部参与了与有机物的反应，因而COD去除率较高；当双氧水浓度过高时，部分双氧水消耗了·OH并且发生了无效分解，释放出O2。另外，双氧水浓度过高时，过量的双氧水会迅速将Fe2+直接氧化为Fe3+，没有形成具有催化作用的中间产物Fe（O2H）2+和Fe（OH）2，抑制了·OH的产生，使氧化效果降低［18-20］。因此，为保证一定的COD去除率，同时也为了提高双氧水的利用效率，确定双氧水加入量为25 mL/L。

2.6 不同工艺的处理效果对比

在上述优化的实验条件下，对酸析后废水进行微电解—Fenton试剂氧化联合工艺与单独微电解工艺和单独Fenton试剂氧化工艺的处理效果对比，结果见表1。由表1可见，单独微电解及单独Fenton试剂氧化工艺的COD去除率分别为21.4%和32.3%，远低于微电解—Fenton试剂氧化联合工艺的COD去除率（80.3%）。由此可见，微电解工艺强化了Fenton试剂的氧化作用，微电解出水中的Fe2+可作为Fenton试剂氧化反应的铁源。通过微电解反应对有机污染物进行初级降解有利于后续Fenton试剂氧化反应的进行［13］。在最佳条件下，经酸析—微电解—Fenton试剂氧化联合工艺处理后总COD去除率为96.2%，出水COD为858 mg/L，出水色度为150倍，出水BOD5/COD为0.38，废水的可生化性得到了提高。

表1 不同工艺处理酸析后废水的COD去除效果

3 结论

a）采用酸析—微电解—Fenton试剂氧化联合工艺预处理苯达松农药废水，最佳工艺条件为：酸析pH 3.0，铸铁粉加入量1.0 g/L，微电解时间2 h，Fenton试剂氧化时间4 h，双氧水加入量25 mL/L。

b）在最佳工艺条件下预处理初始COD为22 500 mg/L、BOD5/COD为0.08、色度为2 500倍的苯达松废水，总COD去除率为96.2%，出水COD为858 mg/L，出水色度为150倍，BOD5/COD为0.38。

c）采用微电解—Fenton试剂氧化联合工艺处理酸析后的苯达松废水，处理效果远高于单独微电解及单独Fenton试剂氧化工艺。

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（编辑 王 馨）

Pretreatment of Bentazon Wastewater by Acid Precipitation-Microelectrolysis-Fenton Agent Oxidation Process

Zhao Xuanying，Dai Jianjun，Tang Fengxia，Zhang Yangyang，Bian Weilin，Jiang Yang
（Nanjing University & Yancheng Academy of Environmental Protection Technology and Engineering，Yancheng Jiangsu 224000，China ）

Bentazon wastewater was pretreated by acid precipitation-microelectrolysis-Fenton agent oxidation process. The factors affecting the wastewater treatment were investigated. The optimum process conditions are as follows：acid precipitation pH 3.0，caste iron power dosage 1.0 g/L，microelectrolysis time 2 h，Fenton agent oxidation time 4 h，H2O2dosage 25 mL/L. After the bentazon wastewater with 22 500 mg/L of initial COD，0.08 of BOD5/COD and 2 500 times of chroma was treated under these optimum conditions，the total COD removal rate is 96.2%，the COD and chroma of the eff uent are 858 mg/L and 150 times，the BOD5/COD is 0.38. The treatment effect of microelectrolysis-Fenton agent oxidation process is much better than that of microelectrolysis process or Fenton agent oxidation process.

acid precipitation；microelectrolysis；Fenton agent oxidation；bentazon；pesticide wastewater

X703

A

1006 - 1878（2015）02 - 0165 - 04

2014 - 11 - 11；

2015 - 01 - 15。

赵选英（1981—），女，江苏省宜兴市人，硕士，工程师，电话 18261290007，电邮 zxuanying@gmail.com。

水体污染控制与治理科技重大专项（2014ZX07204 -005 - 1）。