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

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(duì)COD氧化去除影響因素的顯著性研究還沒(méi)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(wú)對(duì)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(duì)COD去除率的影響不顯著，H2O2投加體積對(duì)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(chǎng)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(wàn)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(guò)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(duì)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(duì)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(zèng)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(guò)兩次高溫冶煉成型、成孔技術(shù)制成，江西普茵沃潤(rùn)環(huán)保公司。COD速測(cè)儀5B-3F，蘭州連華環(huán)保科技有限公司;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(cè)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(cè)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(shì)圖，影響COD去除率因素的順序是：?jiǎn)挝粫r(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(wú)對(duì)COD去除率的影響非常顯著，但曝氣量的多少對(duì)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不顯著，因素C（單位時(shí)間曝氣量）對(duì)結(jié)果影響非常顯著（p<0.01），因素D對(duì)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(méi)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(guò)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(yáng)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(yáng)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(cè)到H2O2，證實(shí)了微電解反應(yīng)中Fenton氧化的存在。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

微電解曝氣的有無(wú)對(duì)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(duì)COD去除率的影響不顯著（p>0.05），H2O2投加體積對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著（0.01

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