UV-Fenton氧化法對賀蘭山東麓葡萄酒產業廢水COD降解率的研究

李佳利 王高攀

摘要：葡萄酒產業廢水具有較高的化學需氧量（COD），不符合行業排放標準。本文以寧夏回族自治區賀蘭山東麓葡萄酒廢水為目標污染物，對比了UV-Fenton體系和Fenton試劑對葡萄酒廢水的COD去除效果，研究了反應時間、pH值、Fe2+投加量對廢水COD去除率的影響。結果表明：UV-Fenton體系處理葡萄酒廢水的最佳反應條件為pH=3，反應時間為30 min，c（Fe2+）=40 mmol·L-1時，COD的去除率能達到87%。

關鍵詞：UV-Fenton氧化法;葡萄酒廢水;COD去除率

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.060

Abstract：The wastewater from the wine industry has high chemical oxygen demand （COD）， which does not meet the industrial discharge standards. Taking the wine wastewater at the eastern foot of Helan mountain in Ningxia hui autonomous region as the target pollutant， the COD removal efficiency of the wine wastewater by UV-Fenton system and Fenton reagent was compared， and the effects of reaction time， pH value and Fe2+ dosage on the COD removal rate were studied. The results showed that the optimal reaction condition of UV-Fenton system for the treatment of wine wastewater was pH=3， the reaction time was 30 min and c（Fe2+）=40 mmol· L-1. The removal rate of COD can reach 87%.

Keywords：UV-Fenton oxidation;Wine wastewater;COD removal rate

葡萄酒產業是寧夏地區綜合年產值高達200億元優勢特色產業。葡萄酒廢水主要產生于除梗破碎、倒罐階段、過濾階段的廢水。據相關統計[1]，壓榨1t葡萄會產生3～5t廢水。葡萄酒廢水成分，主要含有糖類、有機脂肪酸類和酯類等[2]，同時含有難降解的酚類[3]，因此具有高濃度的COD值，不符合污水排放綜合標準（GB8978-1996），一級排放標準要求COD值小于60 mg/L。因此，對葡萄酒廢水，進行低成本、高效率的處理對進一步提高寧夏賀蘭山東麓葡萄酒莊的經濟效益和可持續發展具有重要意義[4]。

Fenton氧化法是利用Fe2+與H2O2混合液，對有機物進行催化氧化的一種高級氧化技術，其原理是在酸性條件下，Fe2+催化H2O2分解生成的·OH自由基具有強氧化性，氧化電極電位高達2.8V，可將有機難降解有機物分解成小分子有機物[5]。UV-Fenton體系中的紫外光不僅可以加快氧化反應的速率，還可以提高Fenton試劑的氧化性能，產生更多的·OH自由基。UV-Fenton體系中的紫外光可以提高有機物的COD降解率[6]。其主要反應如下[7-10]：

Fe（OH）2++hv→Fe2++OH-

H2O2+hv→2·HO

Fe（RCO2）2++hv→Fe2++CO2+R·

O2+ R·→產物

由反應式可以看出紫外光的引入產生更多的·HO自由基，極大的促進H2O2的分解效率。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗儀器與試劑

GL-400型多參數水質分析儀，中國格林凱瑞公司;HI2222 型pH測定儀，美國哈納公司;1200型HPLC，美國安捷倫科技有限公司;

FeSO4·7H2O、H2O2（30%）、NaOH、H2SO4，均為分析純。

1.2 實驗方法

用1 mol·L-1的H2SO4溶液和1 mol·L-1的NaOH溶液調節葡萄酒廢水pH。過濾去懸浮物質，取濾液進行實驗。在250 mL錐形瓶中，加入150 mL葡萄酒廢水，攪拌，研究反應時間、溶液pH、Fe2+投加量分別對Fenton試劑、UV-Fenton體系用于葡萄酒廢水COD去除率的影響。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

單因素實驗葡萄酒廢水取自寧夏賀蘭山東麓某葡萄酒莊過濾、倒罐階段廢水。經測定pH=3.6～3.8，COD約為 420 mg/L，色度≥20倍。

2.1.1 時間因素

分別采用Fenton試劑、UV-Fenton體系對葡萄酒廢水進行處理，控制反應時間分別為 10、20、30、45、60、90、120、150 min，測定相應的COD值，計算COD去除率。圖2-1表明，Fenton試劑、UV-Fenton體系氧化反應的速度很快，均在30 min左右反應趨于平衡，且UV-Fenton體系比Fenton試劑氧化速度快、COD降解率高，降解率最高值可達87.6%，當反應將時間延長至180 min時，COD 去除率沒有明顯變化，Fenton試劑處理廢水COD去除率為47%左右，UV-Fenton體系基本穩定在86%左右。