微波誘導氧化-Fenton試劑處理TNT廢水的研究

孔詩詩, 關曉彤, 林小琳，趙東升，苗淏睿，孟鑫

微波誘導氧化-Fenton試劑處理TNT廢水的研究

孔詩詩, 關曉彤, 林小琳，趙東升，苗淏睿，孟鑫

（沈陽工業大學石油化工學院，遼寧 遼陽 111003）

為有效地處理TN T廢水, 研究了微波誘導氧化-Fenton試劑對其的處理效果。通過正交實驗考察各因素對反應的影響， 結合單因素實驗確定了最佳反應條件，結果表明，在微波功率為480 W、微波輻射時間3 min、活性炭用量3.5 g，H2O2(質量分數為6%)用量為1.5 mL、FeSO4用量為0.1 g，處理50 mL稀釋10倍的TNT廢水，其COD去除率達到89.0%。又對TNT廢水的COD值構成進行劃分，將其分成烴類有機物和非烴類有機物，微波誘導氧化-Fenton試劑對非烴類有機物COD的去除率比烴類有機物COD的去除率高。

微波誘導氧化；Fenton試劑；正交實驗；TNT廢水；廢水處理

近年來，我國的軍工事業發展迅速。一方面，它們為我國的國防事業做出了巨大的貢獻；另一方面，它們所產生的高濃度有機廢水對環境也造成了嚴重污染。特別是軍工產業中的TNT廢水，由于其成分復雜、COD濃度高，色度深給治理帶來了很大的困難。近幾十年來國內外開展處理TNT廢水的研究很多，其方法綜合起來有：一是物理法，有絡合萃取法[1]、吸附法[2]等；二是化學法，有臭氧法[3]、紫外線照射[4]、超臨界水氧化[5]、電化學Fenton 法[6-7]、光催化氧化法[8]等；三是生物法處理[9-10]；四是組合方法處理[11]。

目前,國內外對有毒、難降解有機廢水的處理，越來越關注微波輻射技術的研究及應用[12]。本文以TNT廢水為處理對象，研究微波誘導氧化活性炭與Fenton試劑聯合應用，加速Fe2+與H2O2之間的鏈式反應, 催化生成·OH,使·OH 快速氧化分解水中的污染物，為微波誘導氧化-Fenton試劑處理TNT廢水的實際運用提供基礎數據參考。此外，本文對TNT廢水的COD值構成進行劃分，將其分成烴類有機物和非烴類有機物，考察微波誘導氧化-Fenton試劑對哪類有機物的去除效果好，為微波輻射技術具體應用提供理論指導。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器及藥品

儀器：微波爐(功率800 W，頻率2 450 MHz)；電子數字天平；pHS-25型pH計；電熱恒溫干燥箱；250 mL全玻璃回流裝置。

藥品：K2CrO7、Ag2SO4、(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O、H2O2(質量分數為30%)、HgSO4、FeSO4.7H2O、石油醚（60～90 ℃），NaOH均為分析純；濃H2SO4，優級純；顆粒活性炭。

1.2 試驗方法

按下式計算TNT廢水COD的去除率：

COD去除率=（0-）/0×100%

式中：0—處理前廢水的COD，mg·L-1；

—處理后廢水的COD，mg·L-1。

COD的測定，采用GB 11914—89規定的重鉻酸鉀法。

1.3 水質概況

取自遼寧某特種化工有限公司，COD值約76 127.52 mg·L-1。

2 結果與討論

2.1 正交實驗

實驗設計了L9(34)4因素3水平正交實驗，考察了活性炭用量、H2O2加入量、微波輻射時間和微波輻射功率等4個因素對稀釋10倍后TNT廢水COD去除率的影響。正交實驗結果見表1。

由表1得出影響TNT廢水COD去除率的各因素主次關系是：A>C>B>D；最佳處理條件為A2B2C1D3，即活性炭用量為3.5 g、H2O2用量為1.5 mL、微波輻射時間為2 min、微波輻射功率為640 W時，TNT廢水COD去除率為86.2%。

表1 正交實驗結果

2.2 單因素實驗

2.2.1 最佳活性炭用量的確定

從圖1可以看出，隨著活性炭用量的增多，活性炭所吸附的需降解的物質量也增加，有利于反應的進行，COD的去除率也隨之增加，當活性炭用量大于3.5 g時COD去除率上升緩慢。從經濟角度考慮，活性炭用量選用3.5 g。該實驗結果與正交實驗結果一致。

圖1 活性炭用量對COD去除率的影響

2.2.2 最佳H2O2用量的確定

實驗考察了H2O2用量對COD去除率的影響，結果見圖2。

從圖2可以看出，隨著H2O2用量的增加，COD的去除率開始呈緩慢上升趨勢，但當6%的H2O2大于1.5 mL時，COD的去除率開始下降。根據Fenton試劑反應機理可知，反應速率與需降解的物質濃度和H2O2的用量的乘積成正比。但是當H2O2增加到一定量時，COD的去除率反而降低，這是由于在催化反應中剩余的H2O2在測定COD時充當了還原劑，導致了COD的去除率的降低。所以選用1.5 mL的H2O2。該實驗結果與正交實驗結果一致。

圖2 H2O2用量對COD去除率的影響

2.2.3 最佳微波輻射時間的確定

實驗考察了微波輻射時間對COD去除率的影響，結果見圖3。

圖3 微波輻射時間對COD去除率的影響

從圖3可以看出，隨著微波輻照時間的延長，開始COD的去除率增加很快，但3 min之后呈緩慢趨勢。考慮到成本等原因選用微波輻照時間為3分鐘。該實驗結果與正交實驗結果有所不同，可能因為正交實驗中同時改變4個反應條件，單因素實驗反應的是在其他條件不變下，某一因素對實驗結果的影響，因此，兩者會存在差異。

2.2.4 最佳微波輻射功率的確定

實驗考察了微波輻射功率對COD去除率的影響，結果見圖4。

從圖4可以看出，隨著微波輻射功率的增大，COD的去除率也隨之增大，在480 W以后增加緩慢。但是有資料顯示，并不是微波輻射功率越大越好。考慮到處理成本選用微波輻射功率480 W。

圖4 微波輻射功率對COD去除率的影響

2.2.5 最佳單因素組合實驗

微波誘導氧化-Fenton試劑處理TNT廢水的最佳條件為：活性炭用量3.5 g，微波功率為480 W、微波輻射時間為3 min、H2O2用量為1.5 mL、硫酸亞鐵用量為0.1 g，在此條件下，處理稀釋10倍的TNT廢水可使其COD去除率達到89.0%。

2.3 TNT廢水COD值分類測定

把TNT廢水中的COD值分成三類，烴類有機物COD值，非烴類有機物COD值和無機物COD值。由于無機可還原性物質對該TNT廢水COD的影響較小，因此污水中對COD有貢獻的成分主要是有機物。把這些有機物分為兩部分：一是可被60～90 ℃石油醚萃取的有機物；二是不能被石油醚萃取且能保留在水相中的有機物。故可以把此TNT廢水的COD值近似分成烴類有機物COD值和非烴類有機物COD值兩大類。

從表2可以得出，在TNT廢水中非烴類有機物比烴類有機物的含量高，并且在最佳條件處理下非烴類有機物COD的去除率比烴類有機物COD的去除率高，說明微波誘導氧化-Fenton試劑適用于處理非烴類有機物含量高的廢水。

表2 TNT廢水COD值分類

3 結 論

1）正交實驗結果表明,各因素影響的主次關系是：活性炭用量>微波輻射時間> H2O2用量>微波輻射功率。其中活性炭用量是主要因素，要想提高COD去除率，應該首先考慮活性炭用量變化的影響。

2）對TNT廢水的COD值構成進行劃分，結果表明微波誘導氧化-Fenton試劑對非烴類有機物COD的去除率比烴類有機物COD的去除率高，說明該法適用于處理非烴類有機物含量高的廢水。

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Treatment of TNT Wastewater by Microwave Induced Oxidation-Fenton Reagent

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（School of Petroleum & Chemical Technology, Shenyang University of Technology, Liaoyang Liaoning 111003, China）

In order to treat TNT wastewater effectively, the effect of treating the wastewater with microwave induced oxidation-Fenton reagent was studied. The results of orthogonal experiment and single factor experiments suggested that when microwave power was 480 W, microwave irradiation time was 3 min, amount of activatedcarbon was 3.5 g, amount of H2O2(6%) was 1.5 mL and FeSO4was 0.1 g, the removal rate of COD was 89.0% for 50 mL TNT wastewater after diluting 10 times. COD value composition of TNT wastewater was divided into hydrocarbons and non-hydrocarbon organic matter, non-hydrocarbon organic matter removal rate of COD was higher than the removal rate of hydrocarbons COD by microwave induced oxidation-Fenton reagent.

Microwave induced oxidation; Fenton reagent; Orthogonal experiment; TNT wastewater; Wastewater treatment

2020-07-22

孔詩詩（1999-），女，遼寧省大連市人，研究方向：廢水處理。

關曉彤（1977-），女，滿族，講師，碩士，研究方向：廢水處理。

X703

A

1004-0935（2020）11-1357-04