UV-Fenton氧化法在DMSO废水处理中的运用

刘大伟 张燕 陈瑶 甘琦 于洋

摘 要：UV-Fenton氧化法（即紫外-芬頓氧化法）是一种光催化氧化法，可以应用于DMSO（二甲基亚砜）产品废水降解处理中。本研究阐述了UV-Fenton氧化法的应用价值，并通过实证分析其在DMSO废水处理中的运用价值，以为DMSO分解后的二级基质降解提供可行性借鉴。

关键词：UV-Fenton氧化法;DMSO;废水处理

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）31-0139-02

Application of UV-Fenton Oxidation in DMSO Wastewater Treatment

LIU Dawei ZHANG Yan CHEN Yao GAN Qi YU Yang

（Lianyungang Howrey Biotechnology Co.， Ltd.，Lianyungang Jiangsu 222000）

Abstract： UV-Fenton oxidation is a photocatalytic oxidation process that can be applied to wastewater degradation of DMSO （dimethyl sulfoxide） products. This study describes the application value of UV-Fenton oxidation method， and empirically analyzes its application value in DMSO wastewater treatment， which provides a feasible reference for the degradation of secondary matrix after DMSO decomposition.

Keywords： UV-Fenton oxidation;DMSO;wastewater treatment

某企业为高污染型企业，应生态环境部门要求，环境监测单位对其排放的废水进行检验，证实主要污染物成分中二甲基亚砜（DMSO）占比最大。化学试验研究表明，该污染物为一种吸湿性的可燃液体，具有高极性、高沸点、热稳定性好、非质子、与水混溶的特性，能溶于乙醇、丙醇、苯和氯仿等大多数有机物中，被誉为“万能溶剂”[1]。常规处理该污染物的方法成本较高，生化法和化学氧化法不能达到降解要求，且极容易引发二次污染。应用基于UV-Fenton氧化法的超常生物法，经化学反应后生成一种二级基质，而UV-Fenton氧化法可以促进二级基质降解。

1 研究综述

王亚采用P25型TiO2颗粒进行试验，TiO2添加量为1.00g/L、在pH为7、DMSO初始浓度50μmol/L条件下，DMSO的去除率可以达到70%。DMSO的TiO2光催化降解符合一级动力学模型[5]。刘亚丽以二甲基亚砜为溶剂，5% Pd/CNT为催化剂，催化硝基环己烷加氢，通过改变工艺条件发现，在130℃、0.9MPa的条件下反应6h，硝基环己烷的转化率为98.76%，环己酮肟的收率为35.07%[6]。乔宪书利用紫外可见光谱、红外光谱和核磁共振谱等技术手段对体系吸收SO2的机理进行研究，同时测定了不同浓度比的TEG+DMSO二元混合体系密度和黏度值，结果表明，SO2的稳定存在主要是由于体系中DMSO和TEG与SO2分子间存在的弱相互作用[7]。

2 设计处理水量

设计处理水量Q=210m3/d，其中，引入生活污水50 m3/d。

3 设计原工业废水水质

CODCr是指采用重铬酸钾（K2Cr2O7）作为氧化剂测定出的化学耗氧量，CODCr=4 100mg/L。

BOD5是指微生物代谢作用所消耗的溶解氧量，即水体污染程度指标，BOD5=2 100mg/L。

NH3-N是指水（废水）的氨氮含量指标，NH3-N=510mg/L。SS是指滤渣脱水烘干后的固体，SS=260mg/L。TP是指水（废水）的总磷含量，TP=110mg/L。pH是指氢离子浓度指数，pH=6～8[2]。

4 处理要求

经该装置处理后，达到SBR（序列间歇式活性污泥法）处理要求后的污水执行《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准水质指标，即CODCr 375mg/L，BOD5 160mg/L，SS 200mg/L，NH3-N 30mg/L，优于《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）三级标准（CODCr 500mg/L，BOD5 300mg/L，SS 400mg/L）[3]。

5 设计依据

必须贯彻落实《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国海洋环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》等相关规定。同时，要严格遵守《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）、《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）、《城市污水再生利用 城市杂用水水质》《GB 18920—2002》、《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB 13457—1992）、《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596—2001）和《化学合成类制药工业水污染物排放标准》（GB 21904—2008）。

6 废水处理工艺流程设计

6.1 工艺要求

针对DMSO（二甲基亚砜）产品样品中物体的稳定性特质和可降解难度大等特点，采用UV-Fenton氧化法对DMSO进行降解处理，旨在为废水降解提供可行性借鉴。

6.2 工艺原理

UV-Fenton氧化法反应条件温和，氧化能力强。在反应溶液中加入一定量的半导体催化剂，使其在紫外光的照射下产生·OH，通过·OH的强氧化作用对有机污染物进行处理[4]。化学方程式为：

[Fe2++H2O2==Fe3++OH-+·OH]         （1）

6.3 工艺流程

该技术的发展源自光化学氧化技术，以紫外光作用下有机污染物氧化降解的反应过程为装置设计基础。利用自然界的近紫外光（290～400nm）吸收污染物，與DMSO发生化学反应，其间借鉴TiO2光催化降解联苯和氯代联苯，使得有机物污染基质大为可行。

6.4 结果

按H2O2与原水COD质量浓度比为2∶1投加H2O2，在pH值为4、反应时间为6h、水力停留时间为4h的条件下，该系统对原水CODCr（5 000mg/L）的去除率大于98%，出水CODCr达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级要求。

7 预期效益

该装置在设计应用中以低成本实现污水达标排放，通过反应产生氧化性极强的羟基自由基，将有机物分解转化为CO2、H2O等无害的小分子化合物。有研究应用混凝-Fenton试剂法处理油田采油废水，在混凝处理和Fenton试剂氧化处理最优操作条件下，水中的含油浓度、COD浓度、SS浓度分别为104.3、548.7、102.5mg/L，分别下降到1.4、3.8、2.0mg/L，达到了水质标准要求。

8 结语

光催化降解二甲基亚砜效果明显，实现了达标排放。本研究采用UV-Fenton氧化法作为生化处理的预处理方法，通过中试系统，探索了UV-Fenton氧化法处理DMSO废水的可行性，并优化了水力停留时间，氧化剂投加量、pH值等工艺参数，应用价值较为显著。

参考文献：

[1]王曦.光催化降解二甲基亚砜效果及影响因子研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

[2]Donadelli J A，Carlos L，Arques-Sanz A，et al.Kinetic and mechanistic analysis of azo dyes decolorization by ZVI-assisted Fenton systems：pH-dependent shift in the contributions of reductive and oxidative transformation pathways[J].Applied Catalysis B：Environmental，2018（231）：51-61.

[3]姚烛威.聚丙烯腈的二甲基亚砜溶液凝胶化成纤过程相转变研究[D].北京：北京化工大学，2018.

[4]史会虎.二甲基亚砜+四甘醇体系吸收二氧化硫并调控制备碱土硫酸盐的研究[D].呼和浩特：内蒙古工业大学，2018.

[5]王亚.二甲基亚砜装置安全系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2014.

[6]刘亚丽.二甲基亚砜溶剂体系下硝基环己烷加氢过程研究[D].湘潭：湘潭大学，2016.

[7]乔宪书.三乙二醇+二甲基亚砜体系吸收二氧化硫及制备钡基硫酸盐的研究[D].呼和浩特：内蒙古工业大学，2017.