Uv協同Fenton氧化法對模擬青霉素廢水的處理研究

孫威，章夏冬，吳昊翔，戰博群，張鳳嬌

Uv協同Fenton氧化法對模擬青霉素廢水的處理研究

孫威1，章夏冬1，吳昊翔2，戰博群1，張鳳嬌1

（1. 吉林師范大學 環境科學與工程學院，吉林 四平 136000； 2. 山東省青島市第二中學，山東 青島 266061）

采用Uv/Fenton試劑氧化法對模擬青霉素廢水進行降解研究。探討了反應初始pH值、反應溫度、反應時間、過氧化氫的用量以及過氧化氫和鐵離子濃度比等影響因素對青霉素廢水COD去除率的影響。實驗結果表明，當廢水的初始pH值為5.0，Fe2+/H2O2濃度比為1:20，過氧化氫投加量為0.3%，反應時間為30 min，紫外光照射波長為185 nm的條件下，青霉素廢水的COD去除率最高可以達到91%。

Fenton試劑；青霉素廢水；COD

青霉素(Benzylpenicillin ) 是一類重要的β-內酰胺類抗生素，青霉素廢水所含成分復雜，是典型的難以降解的有機廢水，通常的處理方法如物理化學方法（例如吸附、沉淀、萃取、調節、混凝、離子交換等）以及生化方法難以達到實際生產過程中青霉素廢水處理的標準[1]。因此需要更為高效的青霉素廢水處理方法和條件。Fenton 氧化法是一種對難以降解的污水進行處理的方法[2]。利用Fe2+和過氧化氫產生的羥基自由基（在反應中充當氧化劑的角色）與模擬青霉素廢水中的污染物發生氧化反應。通過對反應初始pH、反應溫度、反應時間、有無紫外光照射、不同過氧化氫的用量、過氧化氫和Fe2+濃度比等反應條件的控制來探究對模擬青霉素廢水去除率的影響，通過實驗得出最適宜反應條件。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

儀器：FA2104N電子天平（上海民橋精密科學儀器有限公司）；pHS-HA數顯酸度計（金壇市精達儀器制造廠）；TU-1810型紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）；CJJ-931磁力加熱攪拌器（常州普天儀器制造有限公司）；紫外光燈（上海季光特種照明電器廠）

試劑：30%過氧化氫；重鉻酸鉀溶液（0.50 mol/L）；硫酸溶液（10%）；Ag2SO4（10 g/L）；硫酸汞（0.24 g/mL）；鄰苯二甲酸氫鉀；FeSO4·7H2O（0.278 g/L）。

1.2 青霉素模擬廢水的制備

取市售注射用青霉素1.0 g，加入去離子水稀釋至1 000 mL，備用。

1.3 COD值的測定

取3 mL待測水樣于消解管中，分別滴加1 mL K2Cr2O7溶液，0.5 mLHgSO4溶液；6 mL Ag2SO4－H2SO4溶液，然后將消解管置于165 ℃消解儀中，消解15 min，將混合液冷卻至室溫。在波長為600 nm條件下測定吸光度，根據標準曲線計算樣品的COD值。

2 結果與討論

2.1 Fe2+和H2O2濃度比對青霉素廢水COD去除率的影響

分別于五個燒杯中加入100 mL的青霉素廢水，調節pH至5.0；分別滴加 FeSO4溶液和30% H2O2溶液，調節Fe2+/H2O2濃度比為1:10、1:15、1:20、1:25、1:30，置于磁力攪拌器上攪拌，在室溫條件下反應30 min，取反應后濾清液測定其COD值，結果如圖1所示。

由圖1可知，隨著Fe2+/H2O2濃度比的增加，青霉素廢水的COD去除率先上升再下降，當Fe2+/H2O2濃度比為1:20時，青霉素廢水的COD去除率最高。

結合該反應機理分析得知，當在較低的Fe2+/H2O2濃度比時，催化劑較少，降低了反應速率；但是催化劑的濃度過高，也會使過剩的Fe2+加入到反應中來，消耗體系中的氧化劑。因此系統中催化劑和氧化劑保持合適的比例，有利于整體反應的進行。

圖1 不同Fe2+/H2O2濃度比對COD去除率的影響

2.2 pH值對青霉素廢水COD去除率的影響

分別于七個燒杯中加入100 mL的青霉素廢水，調節pH至2、3、4、5、6、7、8；分別滴加1 mLFeSO4溶液和0.6 mL的H2O2溶液，同時進行攪拌使溶液混合均勻；置于磁力攪拌器上攪拌，在室溫條件下反應30 min，分別取反應后濾清液測定其COD值，結果如圖2所示。

圖2 pH值對COD去除率的影響

由圖2中可知，當廢水pH= 5. 0時，對廢水COD 的去除效果最好。對比同類型實驗，這一最適pH值存在一定差異，推測與廢水的組成成分及屬性等有關，廢水中原有物質對反應體系產生不同干擾，造成所得結果不盡相同。

2.3 H2O2投加量對廢水COD去除率的影響

分別于五個燒杯中加入100 mL的青霉素廢水，調節pH至5.0；分別滴加1 mL硫酸亞鐵溶液，再分別滴加1、1.5、2、2.5、3 mL的30% H2O2溶液，調節過氧化氫H2O2的濃度分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，置于磁力攪拌器上攪拌，室溫條件下反應30 min，取反應后濾清液測定其COD值，結果如圖3所示。

由圖3中可知，調節過氧化氫的用量，對COD的去除率具有顯著影響。在過氧化氫加入量較低時，過氧化氫加入量與COD去除率呈正相關。過氧化氫加入量達到0.3%時，COD去除率可達到81%。隨著過氧化氫加入量的增大，H2O2可能氧化反應體系中的催化劑Fe2+，從而影響催化劑Fe2+的催化效果，使青霉素廢水中的有機物不能被有效降解。

圖3 過氧化氫用量對COD去除率的影響

2.4 反應時間對青霉素廢水COD去除率的影響

分別于中加入100 mL的青霉素廢水，調節pH至5.0，再分別滴加1 mL硫酸亞鐵溶液和0.6 mL的H2O2溶液，攪拌均勻；置于磁力攪拌器上攪拌，室溫下分別反應10、20、30、40、50、60 min，取反應后濾清液測定其COD值，結果如圖4所示。

圖4 反應時間對COD去除率的影響

由圖4可知，反應前30 min，隨著反應時間的延長，青霉素廢水的COD去除率逐漸增大，當反應30 min以后，青霉素廢水中的COD去除率不再明顯增大，基本不再變化。所以將反應時間確定為30 min。

2.5 反應溫度對青霉素廢水COD去除率的影響

分別于5個中加入100 mL的青霉素廢水，調節pH至5.0；分別滴加1 mL硫酸亞鐵溶液和0.6 mL的H2O2溶液，攪拌均勻；置于磁力攪拌上攪拌，反應溫度分別調節至50、60、70、80、90 ℃。反應30 min，取反應后濾清液測定其COD值，結果如圖5所示。

由圖5可知，當溫度低于70 ℃，青霉素廢水COD去除率隨溫度的升高而升高，當溫度高于80 ℃時，青霉素廢水COD去除率隨溫度升高而降低。溫度為70 ℃和80 ℃反應體系COD去除率基本一致，分別為73%和72%，結果表明溫度為75 ℃時廢水COD去除率最高為76%。

2.6 紫外光照射對青霉素廢水COD去除率的影響

分別于四個燒杯中加入100 mL的青霉素廢水，調節pH至5.0；分別滴加1 mL硫酸亞鐵溶液和0.6 mL的H2O2溶液，攪拌均勻；置于磁力攪拌上攪拌，分別取波長為185、254、302、365 nm的紫外光在上方照射，反應30 min，在反應時間為5、10、15、20、25、30 min取部分濾液測定其COD值，結果如圖6所示。

由圖6可知，在反應pH為5，過氧化氫與鐵離子配比保持不變時，COD去除率均隨反應時間的延長逐漸增大。而且隨著照射波長的減小，COD去除率也逐漸增大。在波長為185 nm的紫外光照射30 min時，COD的去除率可以達到91%。

圖6 紫外光對COD去除率的影響

3 結 論

（1）利用Fenton試劑氧化處理模擬青霉素廢水，去除效果較好。在廢水的初始pH值為5.0，Fe2+/H2O2濃度比為1:20，過氧化氫投加量為0.3%，反應時間為30 min，模擬青霉素廢水的COD去除率可以達到81%；

（2）反應溫度對青霉素廢水的去除率有一定的影響，在其它反應條件一定時，反應溫度為75 ℃的條件下，溶液COD去除率達到最高值87%；

（3）采用不同波長的紫外光照射，青霉素廢水的去除率隨波長的減小而增大，在波長為185 nm的紫外光照射30 min時，COD的去除率可以達到91%。

［1］祁佩時, 趙俊杰, 劉云芝, 等. 抗生素制藥廢水有機污染物分布特性研究[J]. 環境污染與防治, 2013, 35(3): 26-30.

［2］ 包木太, 王娜, 陳慶國, 等. Fenton 法的氧化機理及在廢水處理中的應用進展[J]. 化工進展, 2008, 27(5): 660-665.

［3］ 李再興, 左劍惡, 劇盼盼, 等. Fenton氧化法深度處理青霉素廢水二級出水[J]. 環境工程學報, 2013, 7(1): 132-136．

［4］ 朱琳娜, 吳超, 何爭光. Fenton 試劑法處理難生物降解有機廢水最新進展[J]. 能源技術與管理, 2006, 2: 59-62．

［5］ 陳勝兵, 何少華, 婁金生, 等. Fenton試劑的氧化作用機理及其應用[J]. 環境科學與技術，2004, 27(3): 105-107．

Study on Treatment of Penicillin Wastewater by Uv/Fenton OxidationProcess

1,1,2,1,1

（1. College of Environmental Science and Engineering, Jilin Normal University, Jilin Siping 136000, China；2. Qingdao No.2 High School, Shandong Qingdao 266061, China,）

The treatment of penicillin wastewater by Uv/Fenton reagent oxidation method was studied. Effect of initial pH value, reaction temperature, reaction time, hydrogen peroxide amount, concentration ratio of hydrogen peroxide to iron ion on the removal rate of COD was investigated. The experiment results indicated that when the initial pH of wastewater was 5.0, the concentration ratio of Fe2+to H2O2was 1:20, hydrogen peroxide dosage was 0.3%, reaction time was 30 min and the radiation wavelength was 185 nm,the COD removal rate of penicillin wastewater reached to 91%.

Fenton; penicillin wastewater; COD

X 703

A

1004-0935（2017）10-0939-03

2017-07-10

孫威（1970-），女，副教授，博士，吉林農安人，1992畢業于吉林師范大學，研究方向：污染修復及資源化。