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
时间：2021-02-08 08:02:13 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
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<p<0.05）。结论是内电解曝气高效去除COD，机理是微电解曝气产生H2O2可以和阳极产生的Fe2+形成芬顿试剂。
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<p<0.05）。
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<p<0.05）。机理是微电解曝气产生H2O2可以和Fe2+形成芬顿试剂，可以高效去除废水中COD。
[参考文献]
[1]茆庆文.草甘膦生产工艺综述及其发展趋势[J].安徽化工，2008（3）：5-7，16.
[2]梁 诚.草甘膦生产现状与市场分析[J].精细化工原料及中间体，2011（8）：13-15.
[3]李 祥，豆静茹，马倩鹤，等.微电解-Fenton氧化技术处理草甘膦废水的研究[J].工业水处理，2016，36（11）：57-60.
[4]程 鸣，何文英，彭光明，等.农药草甘膦生产废水处理的研究[J].工業用水与废水，2003，34（1）：30-32.
[5]颜 兵，尹晓爽，刘 瑛，等.铁炭微电解法对双甘膦废水的降解[J].化工进展，2009（28）：86-88.
[6]夏静芬，程灵勤.铁炭微电解法处理草甘磷农药废水[J].浙江万里学院学报，2007，20（5）：55-57，169.
[7]廖 欢，谭 波，柯 敏，等.Fenton试剂预处理草甘膦废水的研究[J].化工技术与开发，2009，38（6）：48-50.
[8]黄燕梅，李启辉，周锡波.Fenton氧化一镁盐沉淀法处理草甘膦废水[J].化工环保，2007，27（2）：156-159.
[9]吴菊珍，熊 平，景 江.铁碳微电解-高级氧化-厌氧-好氧处理难降解农药废水的研究[J].安徽农业科学，2015，43（18）：147-148，176.
[10]李云雁，胡传荣.试验设计与数据处理[M].北京：化学工业出版社，2008.
[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.
