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        內(nèi)電解+芬頓試劑組合處理農(nóng)藥廢水的影響因素和機(jī)理分析

        2018-09-10 07:22:44顏廷勝王欲曉張健莊嚴(yán)陸正祥
        現(xiàn)代鹽化工 2018年6期
        關(guān)鍵詞:正交試驗(yàn)機(jī)理

        顏廷勝 王欲曉 張健 莊嚴(yán) 陸正祥

        摘? ?要:內(nèi)電解+芬頓試劑組合技術(shù)非常適用于農(nóng)藥廢水處理,但是對COD氧化去除影響因素的顯著性研究還沒有公開文獻(xiàn)報(bào)道。為此,本文在小試水平上采用正交實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行研究。結(jié)果顯示,微電解曝氣的有無對農(nóng)藥廢水COD去除率的影響非常顯著(p<0.01),但曝氣量的多少對COD去除率的影響不顯著,H2O2投加體積對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響顯著(0.01

        關(guān)鍵詞:內(nèi)電解+Fenton組合;農(nóng)藥廢水處理;正交試驗(yàn);影響因素顯著性;機(jī)理

        作為世界上最大品種的除草劑,農(nóng)藥草甘膦占據(jù)全球市場30%的份額,其特點(diǎn)是非選擇性、低殘留、滅生性,可防除40多科植物,廣泛用于橡膠、桑、茶、果園及甘蔗地等[1]。其主要生產(chǎn)工藝有兩種:甘氨酸(烷基酯)法和亞氨基二乙酸(雙甘膦)法[2],根據(jù)生產(chǎn)工藝不同,COD范圍從幾千到幾萬mg/L,如表1所示,還有排放量大、含鹽量高、毒性大、生物降解難等特點(diǎn)[3]。

        生物處理是廢水處理的主流工藝,但是多數(shù)草甘膦廢水必須經(jīng)過預(yù)處理才能進(jìn)行生物處理。表1綜述了眾多預(yù)處理技術(shù)對COD的去除,微電解[4-6]、Fenton氧化[6-8]、微電解+Fenton氧化[6-8]等。多數(shù)文獻(xiàn)關(guān)注影響廢水處理的單因素考察和優(yōu)化[3-9],很少有文獻(xiàn)報(bào)道組合技術(shù)(如微電解+Fenton氧化)影響因素的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析以及COD去除機(jī)理的探討。

        本研究以農(nóng)藥草甘膦廢水為原料,運(yùn)用組合處理技術(shù)鐵炭微電解+Fenton氧化在實(shí)驗(yàn)室小試水平上,采用正交試驗(yàn)研究關(guān)鍵因素對COD去除影響的顯著性,并討論了去除機(jī)理,為工業(yè)化運(yùn)行提供指導(dǎo)。

        1? ? 材料和方法

        1.1? 材料與設(shè)備

        草甘膦廢水,某農(nóng)藥廠贈送,COD 7 000 mg/L;H2O2,分析純;鐵炭微電解填料,將鐵、炭、金屬催化劑按照一定的比例,通過兩次高溫冶煉成型、成孔技術(shù)制成,江西普茵沃潤環(huán)保公司。COD速測儀5B-3F,蘭州連華環(huán)??萍加邢薰?pH計(jì),PHS-3C上海佑科儀器有限公司;電子天平FA1004A,上海精密科學(xué)儀器有限公司。

        1.2? 方法和步驟

        取500 mL燒杯,將增氧泵、氣泡石置于燒杯底部,其上置帶孔塑料板,塑料板上加入一定量填料,再加入100 mL草甘膦廢水,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)[3]列出的因素與水平,如表2所示;測定實(shí)驗(yàn)后廢水的COD,并根據(jù)處理前COD含量變化計(jì)算COD去除率。極差分析和方差分析參考文獻(xiàn)[10]。pH測量采用玻璃電極法,COD分析采用重鉻酸鹽法。

        2? ? 結(jié)果與討論

        2.1? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析

        圖1是正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差分析趨勢圖,影響COD去除率因素的順序是:單位時(shí)間曝氣量>Fenton處理H2O2投加體積>廢水∶微電解填料>微電解和Fenton處理時(shí)間>電解后Fenton處理H2O2加入時(shí)間。此外,曝氣量的有無對COD去除率的影響非常顯著,但曝氣量的多少對COD去除率的影響不顯著;增加H2O2的投加量能使廢水的COD去除率達(dá)到更高,但在增加H2O2投加量的同時(shí),工藝成本也在增加。

        方差分析結(jié)果如表3所示:因素A、B和E對試驗(yàn)結(jié)果影響不顯著,因素C(單位時(shí)間曝氣量)對結(jié)果影響非常顯著(p<0.01),因素D對結(jié)果影響顯著(0.01

        文獻(xiàn)[3-9]都是優(yōu)化工藝參數(shù)的報(bào)道,目的是獲得最高的COD去除率,沒有因素顯著性的比較。本研究的實(shí)際COD去除率和文獻(xiàn)[10]相似,略低于90%。雖然文獻(xiàn)[3, 9]的COD去除率較高,都超過90%,但是條件苛刻,如文獻(xiàn)[3]的進(jìn)水濃度低,文獻(xiàn)[9]依賴紫外光。

        2.2? 組合處理的機(jī)理討論

        鐵碳微電解原電池反應(yīng)陽極Fe-2e-→Fe2+,E0(Fe2+/Fe)= -0.44 V,陰極在酸性曝氣條件下,O2+2H++2e-→H2O2,E0(O2/H2O2)=0.70 V。陽極產(chǎn)生的Fe2+和陰極產(chǎn)生的H2O2可以形成Fenton試劑,進(jìn)而高效氧化廢水中的COD。文獻(xiàn)[11]均報(bào)道在內(nèi)電解的反應(yīng)器中檢測到H2O2,證實(shí)了微電解反應(yīng)中Fenton氧化的存在。

        3? ? 結(jié)語

        微電解曝氣的有無對農(nóng)藥廢水COD去除率的影響非常顯著(p<0.01),但是微電解曝氣量的多少對COD去除率的影響不顯著(p>0.05),H2O2投加體積對試驗(yàn)結(jié)果影響顯著(0.01

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]茆慶文.草甘膦生產(chǎn)工藝綜述及其發(fā)展趨勢[J].安徽化工,2008(3):5-7,16.

        [2]梁? 誠.草甘膦生產(chǎn)現(xiàn)狀與市場分析[J].精細(xì)化工原料及中間體,2011(8):13-15.

        [3]李? 祥,豆靜茹,馬倩鶴,等.微電解-Fenton氧化技術(shù)處理草甘膦廢水的研究[J].工業(yè)水處理,2016,36(11):57-60.

        [4]程? 鳴,何文英,彭光明,等.農(nóng)藥草甘膦生產(chǎn)廢水處理的研究[J].工業(yè)用水與廢水,2003,34(1):30-32.

        [5]顏? 兵,尹曉爽,劉? 瑛,等.鐵炭微電解法對雙甘膦廢水的降解[J].化工進(jìn)展,2009(28):86-88.

        [6]夏靜芬,程靈勤.鐵炭微電解法處理草甘磷農(nóng)藥廢水[J].浙江萬里學(xué)院學(xué)報(bào),2007,20(5):55-57,169.

        [7]廖? 歡,譚? 波,柯? 敏,等.Fenton試劑預(yù)處理草甘膦廢水的研究[J].化工技術(shù)與開發(fā),2009,38(6):48-50.

        [8]黃燕梅,李啟輝,周錫波.Fenton氧化一鎂鹽沉淀法處理草甘膦廢水[J].化工環(huán)保,2007,27(2):156-159.

        [9]吳菊珍,熊? 平,景? 江.鐵碳微電解-高級氧化-厭氧-好氧處理難降解農(nóng)藥廢水的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(18):147-148,176.

        [10]李云雁,胡傳榮.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

        [11]應(yīng)迪文.微電解方法的原理研究、性能拓展及在難降解廢水處理中的應(yīng)用[D].上海:上海交通大學(xué),2013.

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