微波诱导氧化-Fenton试剂处理TNT废水的研究

孔诗诗, 关晓彤, 林小琳，赵东升，苗淏睿，孟鑫

微波诱导氧化-Fenton试剂处理TNT废水的研究

孔诗诗, 关晓彤, 林小琳，赵东升，苗淏睿，孟鑫

（沈阳工业大学石油化工学院，辽宁 辽阳 111003）

为有效地处理TN T废水, 研究了微波诱导氧化-Fenton试剂对其的处理效果。通过正交实验考察各因素对反应的影响， 结合单因素实验确定了最佳反应条件，结果表明，在微波功率为480 W、微波辐射时间3 min、活性炭用量3.5 g，H2O2(质量分数为6%)用量为1.5 mL、FeSO4用量为0.1 g，处理50 mL稀释10倍的TNT废水，其COD去除率达到89.0%。又对TNT废水的COD值构成进行划分，将其分成烃类有机物和非烃类有机物，微波诱导氧化-Fenton试剂对非烃类有机物COD的去除率比烃类有机物COD的去除率高。

微波诱导氧化；Fenton试剂；正交实验；TNT废水；废水处理

近年来，我国的军工事业发展迅速。一方面，它们为我国的国防事业做出了巨大的贡献；另一方面，它们所产生的高浓度有机废水对环境也造成了严重污染。特别是军工产业中的TNT废水，由于其成分复杂、COD浓度高，色度深给治理带来了很大的困难。近几十年来国内外开展处理TNT废水的研究很多，其方法综合起来有：一是物理法，有络合萃取法[1]、吸附法[2]等；二是化学法，有臭氧法[3]、紫外线照射[4]、超临界水氧化[5]、电化学Fenton 法[6-7]、光催化氧化法[8]等；三是生物法处理[9-10]；四是组合方法处理[11]。

目前,国内外对有毒、难降解有机废水的处理，越来越关注微波辐射技术的研究及应用[12]。本文以TNT废水为处理对象，研究微波诱导氧化活性炭与Fenton试剂联合应用，加速Fe2+与H2O2之间的链式反应, 催化生成·OH,使·OH 快速氧化分解水中的污染物，为微波诱导氧化-Fenton试剂处理TNT废水的实际运用提供基础数据参考。此外，本文对TNT废水的COD值构成进行划分，将其分成烃类有机物和非烃类有机物，考察微波诱导氧化-Fenton试剂对哪类有机物的去除效果好，为微波辐射技术具体应用提供理论指导。

1 试验部分

1.1 试验仪器及药品

仪器：微波炉(功率800 W，频率2 450 MHz)；电子数字天平；pHS-25型pH计；电热恒温干燥箱；250 mL全玻璃回流装置。

药品：K2CrO7、Ag2SO4、(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O、H2O2(质量分数为30%)、HgSO4、FeSO4.7H2O、石油醚（60～90 ℃），NaOH均为分析纯；浓H2SO4，优级纯；颗粒活性炭。

1.2 试验方法

按下式计算TNT废水COD的去除率：

COD去除率=（0-）/0×100%

式中：0—处理前废水的COD，mg·L-1；

—处理后废水的COD，mg·L-1。

COD的测定，采用GB 11914—89规定的重铬酸钾法。

1.3 水质概况

取自辽宁某特种化工有限公司，COD值约76 127.52 mg·L-1。

2 结果与讨论

2.1 正交实验

实验设计了L9(34)4因素3水平正交实验，考察了活性炭用量、H2O2加入量、微波辐射时间和微波辐射功率等4个因素对稀释10倍后TNT废水COD去除率的影响。正交实验结果见表1。

由表1得出影响TNT废水COD去除率的各因素主次关系是：A>C>B>D；最佳处理条件为A2B2C1D3，即活性炭用量为3.5 g、H2O2用量为1.5 mL、微波辐射时间为2 min、微波辐射功率为640 W时，TNT废水COD去除率为86.2%。

表1 正交实验结果

2.2 单因素实验

2.2.1 最佳活性炭用量的确定

从图1可以看出，随着活性炭用量的增多，活性炭所吸附的需降解的物质量也增加，有利于反应的进行，COD的去除率也随之增加，当活性炭用量大于3.5 g时COD去除率上升缓慢。从经济角度考虑，活性炭用量选用3.5 g。该实验结果与正交实验结果一致。

图1 活性炭用量对COD去除率的影响

2.2.2 最佳H2O2用量的确定

实验考察了H2O2用量对COD去除率的影响，结果见图2。

从图2可以看出，随着H2O2用量的增加，COD的去除率开始呈缓慢上升趋势，但当6%的H2O2大于1.5 mL时，COD的去除率开始下降。根据Fenton试剂反应机理可知，反应速率与需降解的物质浓度和H2O2的用量的乘积成正比。但是当H2O2增加到一定量时，COD的去除率反而降低，这是由于在催化反应中剩余的H2O2在测定COD时充当了还原剂，导致了COD的去除率的降低。所以选用1.5 mL的H2O2。该实验结果与正交实验结果一致。

图2 H2O2用量对COD去除率的影响

2.2.3 最佳微波辐射时间的确定

实验考察了微波辐射时间对COD去除率的影响，结果见图3。

图3 微波辐射时间对COD去除率的影响

从图3可以看出，随着微波辐照时间的延长，开始COD的去除率增加很快，但3 min之后呈缓慢趋势。考虑到成本等原因选用微波辐照时间为3分钟。该实验结果与正交实验结果有所不同，可能因为正交实验中同时改变4个反应条件，单因素实验反应的是在其他条件不变下，某一因素对实验结果的影响，因此，两者会存在差异。

2.2.4 最佳微波辐射功率的确定

实验考察了微波辐射功率对COD去除率的影响，结果见图4。

从图4可以看出，随着微波辐射功率的增大，COD的去除率也随之增大，在480 W以后增加缓慢。但是有资料显示，并不是微波辐射功率越大越好。考虑到处理成本选用微波辐射功率480 W。

图4 微波辐射功率对COD去除率的影响

2.2.5 最佳单因素组合实验

微波诱导氧化-Fenton试剂处理TNT废水的最佳条件为：活性炭用量3.5 g，微波功率为480 W、微波辐射时间为3 min、H2O2用量为1.5 mL、硫酸亚铁用量为0.1 g，在此条件下，处理稀释10倍的TNT废水可使其COD去除率达到89.0%。

2.3 TNT废水COD值分类测定

把TNT废水中的COD值分成三类，烃类有机物COD值，非烃类有机物COD值和无机物COD值。由于无机可还原性物质对该TNT废水COD的影响较小，因此污水中对COD有贡献的成分主要是有机物。把这些有机物分为两部分：一是可被60～90 ℃石油醚萃取的有机物；二是不能被石油醚萃取且能保留在水相中的有机物。故可以把此TNT废水的COD值近似分成烃类有机物COD值和非烃类有机物COD值两大类。

从表2可以得出，在TNT废水中非烃类有机物比烃类有机物的含量高，并且在最佳条件处理下非烃类有机物COD的去除率比烃类有机物COD的去除率高，说明微波诱导氧化-Fenton试剂适用于处理非烃类有机物含量高的废水。

表2 TNT废水COD值分类

3 结 论

1）正交实验结果表明,各因素影响的主次关系是：活性炭用量>微波辐射时间> H2O2用量>微波辐射功率。其中活性炭用量是主要因素，要想提高COD去除率，应该首先考虑活性炭用量变化的影响。

2）对TNT废水的COD值构成进行划分，结果表明微波诱导氧化-Fenton试剂对非烃类有机物COD的去除率比烃类有机物COD的去除率高，说明该法适用于处理非烃类有机物含量高的废水。

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Treatment of TNT Wastewater by Microwave Induced Oxidation-Fenton Reagent

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（School of Petroleum & Chemical Technology, Shenyang University of Technology, Liaoyang Liaoning 111003, China）

In order to treat TNT wastewater effectively, the effect of treating the wastewater with microwave induced oxidation-Fenton reagent was studied. The results of orthogonal experiment and single factor experiments suggested that when microwave power was 480 W, microwave irradiation time was 3 min, amount of activatedcarbon was 3.5 g, amount of H2O2(6%) was 1.5 mL and FeSO4was 0.1 g, the removal rate of COD was 89.0% for 50 mL TNT wastewater after diluting 10 times. COD value composition of TNT wastewater was divided into hydrocarbons and non-hydrocarbon organic matter, non-hydrocarbon organic matter removal rate of COD was higher than the removal rate of hydrocarbons COD by microwave induced oxidation-Fenton reagent.

Microwave induced oxidation; Fenton reagent; Orthogonal experiment; TNT wastewater; Wastewater treatment

2020-07-22

孔诗诗（1999-），女，辽宁省大连市人，研究方向：废水处理。

关晓彤（1977-），女，满族，讲师，硕士，研究方向：废水处理。

X703

A

1004-0935（2020）11-1357-04