高鐵酸鉀氧化處理高濃度農藥廢水的研究

孫敬權， 尚鴻艷

（利民化工股份有限公司， 江蘇 新沂 221400）

0 引言

高鐵酸鉀是一種強氧化劑，其氧化性僅次于F2，OH·、原子氧[1]，可以氧化大部分有機物[2-4]。高鐵酸鉀在酸性和堿性水溶液中的標準電極電勢分別是2.2 V和0.72 V，在堿性水溶液中的穩定性更高[5]。作為一種新型、高效、多功能的綠色水處理藥劑，高鐵酸鉀在很寬的pH值范圍都能取得很好的氧化效果，且處理時間短，所以在工業廢水處理方面具有廣闊的應用前景[6-8]。

農藥廢水有機物含量高、成分復雜、毒性大、色度高、可生化性差[9]，在進入生化處理系統前，必須進行適當的預處理以降低部分有機物并提高其可生化性。隨著農藥廢水排放量的日益增加和廢水排放標準的日趨嚴格，如何高效、低成本地處理高濃度、難于生物降解的農藥廢水已經成為當前研究的熱點[10-12]。

基于此，筆者利用高鐵酸鉀氧化處理霜脲氰三效蒸發出水，并探討高鐵酸鉀投加量、反應時間、反應初始pH值和廢水初始濃度對實驗結果的影響，以期尋找出高鐵酸鉀氧化處理該廢水的最佳反應條件，從而為農藥廢水的高鐵酸鉀氧化處理提供技術參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

實驗廢水取自利民化工股份有限公司的霜脲氰蒸出水，NH3-N質量濃度為1 871 mg/L，CODCr質量濃度為21 304.8 mg/L，pH值為8～9。

試劑：高鐵酸鉀（分析純），NaOH（30%），H2SO4（20%）。

儀器：1 000 mL玻璃燒杯，磁力攪拌器等。

1.2 實驗方法

為考察某種因素對高鐵酸鉀氧化處理農藥廢水效果的影響，采用單因素影響實驗，即根據文獻數據選擇處理效果相對較好的實驗條件，固定其他反應條件，考察某單一因素對高鐵酸鉀處理農藥廢水效果的影響。

分析方法：NH3-N采用HJ 535—2009納氏試劑分光光度法測定；CODCr采用GB 11894—89重鉻酸鉀法測定；pH值用pH試紙監測。

2 實驗結果與討論

2.1 廢水初始濃度

將廢水分別稀釋 1，2，4，6，8，10 倍，各取 500 mL于燒杯中，調節pH值=4，每升廢水高鐵酸鉀投加量為2 g，常溫下攪拌反應40 min后取上清液做CODCr及NH3-N測定，實驗結果見圖1。

圖1 廢水初始濃度對CODCr及NH3-N去除率的影響

由圖1可知，廢水初始濃度對CODCr及NH3-N去除率影響較大，這是因為，廢水初始濃度低，較多的高鐵酸根離子與水分子反應，從而阻礙了其與有機物的充分接觸反應，使處理效果變差；廢水初始濃度高，高鐵酸根離子不足以氧化全部的有機物，處理效果也不理想。所以，廢水最佳初始濃度為原廢水稀釋 6 倍后的濃度（ρ（CODCr）=3 550.8 mg/L，ρ（NH3-N）=311.83 mg/L）。

2.2 高鐵酸鉀投加量

分取稀釋6倍的500 mL廢水于燒杯中，調節pH值=4，每升廢水高鐵酸鉀投加量分別為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 g，常溫下攪拌反應40 min后取上清液做CODCr及NH3-N測定，實驗結果見圖2。

圖2 高鐵酸鉀投加量對CODCr及NH3-N去除率的影響

由圖2可知，隨著高鐵酸鉀投加量的增加，CODCr及NH3-N去除率逐漸升高，當每升廢水高鐵酸鉀投加量為2.0 g時，CODCr及NH3-N去除率分別達到48.30%和51.91%，再增加高鐵酸鉀的投加量，去除率呈下降趨勢。原因分析如下：當高鐵酸鉀超過氧化有機物的最佳投加量時，自身的穩定性變差，分解產生的Fe(OH)3絮凝部分有機物，而過多的Fe(OH)3會吸附一些不易沉降的有機物，懸浮在水中，影響CODCr及NH3-N的去除效果。

2.3 廢水初始pH

分取稀釋6倍的500 mL廢水于燒杯中，調節pH 值 =2，4，6，8，10，12，每升高鐵酸鉀投加量為2 g，常溫下攪拌反應40 min后取上清液做CODCr及NH3-N測定，實驗結果見圖3。

圖3 廢水初始pH對CODCr及NH3-N去除率的影響

由圖3可知，高鐵酸鉀氧化降解廢水中的CODCr及NH3-N濃度受pH值影響較大。理論上，高鐵酸鉀酸性條件下的氧化還原電位（2.2 V）遠大于堿性條件下的（0.72 V），所以酸性條件更利于有機物的降解。但是，pH值過低時，高鐵酸鉀不穩定，從而影響有機物的去除；而pH值過高，高鐵酸鉀的氧化能力不強。因此，確定高鐵酸鉀氧化廢水的最佳初始pH值為4。

2.4 反應時間

分取稀釋6倍的500 mL廢水于燒杯中，調節pH值=4，每升廢水高鐵酸鉀投加量為2 g，常溫下攪拌反應 10，20，30，40，50，60 min 后取上清液做CODCr及NH3-N測定，實驗結果見圖4。

圖4 反應時間對CODCr及NH3-N去除率的影響

由圖4可知，隨著反應時間的增加，CODCr及NH3-N去除率先明顯提高后趨于穩定。這是因為反應開始時高鐵酸鉀和廢水中的有機物濃度較大，反應的動力大，速度快；隨著反應的進行，高鐵酸鉀和廢水中的有機物濃度逐漸減小，反應的動力減小，速度減慢。確定最佳反應時間為40 min。

3 結論

對于廢水中有機物的降解，高鐵酸鉀由于其極強的氧化性及獨特的水處理功能，有望成為新一代綠色的水處理劑。本文以霜脲氰農藥廢水為研究對象，確定高鐵酸鉀氧化霜脲氰廢水的最佳條件為：廢水初始CODCr質量濃度為3 550.8 mg/L，NH3-N質量濃度為311.83 mg/L，每升廢水高鐵酸鉀投加量為2 g，廢水初始pH值為4，反應時間40 min。CODCr去除率最高達48.3%，NH3-N去除率最高為51.91%。