微波輻射Fenton試劑處理炸藥廢水研究

[摘要]采用微波輻射Fenton試劑處理TNT廢水，分別考察了TNT廢水初始濃度、雙氧水用量、微波輻射時(shí) 間、微波功率和pH等因素對TNT廢水處理效果的影響。結果表明，在微波功率為480 W 、微波輻射時(shí)間為6 rnin、 6％ 的雙氧水用量為1．5 mL、FeSO 質(zhì)量為0．07 g和pH=4的條件下，TNT廢水COD去除率達到84．5％。單獨微波輻 射、單獨Fenton試劑氧化、微波輻射Fenton試劑3種不同方法的對比實(shí)驗表明，微波輻射Fenton試劑有明顯的優(yōu) 越性。

[關(guān)鍵詞]微波輻射；Fenton試劑；TNT廢水

一定程度上而言，炸藥工業(yè)對我國經(jīng)濟發(fā)展有 著(zhù)舉足輕重的作用。但同時(shí)炸藥工業(yè)又是重污染源 之一，炸藥廢水中含有的梯恩梯(TNT)、黑索今 (RDX)及奧克托今(HMX)等污染物主要來(lái)源于炸 藥及其制造所用的原料及中間產(chǎn)物。這些污染物 多有急性毒性，化學(xué)性質(zhì)穩定，很難為一般微生物 所降解。隨著(zhù)高性能炸藥的不斷開(kāi)發(fā)，污染物的種 類(lèi)還將繼續增多。炸藥工業(yè)的污染物大多有致癌、 致突變毒性，可通過(guò)皮膚或呼吸等活動(dòng)吸收，造成 人和哺乳動(dòng)物的急性和慢性中毒，損害肝、腎、心 臟、血液、神經(jīng)、眼睛等，嚴重時(shí)會(huì )危及生命，造成死 亡。因而開(kāi)展以TNT為代表的炸藥廢水處理的研究 具有重要意義。研究表明，常規生物法難以實(shí)現對 該類(lèi)廢水的徹底治理，通過(guò)篩選出的菌種降解TNT 的效果又不穩定：采用電化學(xué)法對TNT廢水進(jìn)行 預處理，廢水的處理費用高b]。因此，一般工程應用 與研究中多采用活性炭吸附等物化處理技術(shù)，但 存在工藝復雜、流程長(cháng)、效率低、費用高等不足。

目前，國內外針對有毒、難降解有機廢水的處 理．越來(lái)越關(guān)注高級氧化技術(shù)的研究及應用。 由于單獨利用Fenton試劑處理廢水的時(shí)間一般 比較長(cháng)，筆者利用微波輻射加速Fe2+ 與H2O2之間 鏈式反應催化生成羥基自由基·OH 的特點(diǎn)。研究 微波輻射Fenton試劑處理TNT廢水的效果，為微 波輻射Fenton試劑處理TNT廢水的實(shí)際運用提 供科學(xué)參考。

1 實(shí)驗部分

1．1 實(shí)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一25型pH計； 電熱恒溫干燥箱； 250 mL全玻璃回流裝置。

藥品：K2CrO7、AgSO4、(NH4)2Fe(SO4)2·6H20、 H202(30％)、HgSO4、FeSO4、NaOH，均為分析純；濃 H2s0 ，優(yōu)級純。

1．2 實(shí)驗方法

取50 mL TNT廢水樣置于250 mL錐形瓶中， 加入適量的Fenton試劑后置于微波爐中，在一定的功率下，輻射一定時(shí)間后取出，冷卻至室溫，補加蒸 餾水至50 mL，取上清液測其COD。按式(1)計算 TNT廢水的COD去除率：

COD去除率=(Co－C)／Co×100％ (1)

式中：C0——處理前廢水的COD，mg／L；

C——處理后廢水的COD，mg／L。

COD的測定，采用GB 11914-1989規定的重 鉻酸鉀法。

1．3 實(shí)驗用水水質(zhì)

實(shí)驗用水取自某廠(chǎng)的混合炸藥廢水，COD約為 50 000 m L。

2 結果與討論

2．1 廢水初始濃度對COD去除率的影響

微波功率為480 W，6％的H2O2用量為1 mL， 加入FeSO 0．07 g，微波輻射4 min，改變TNT廢水的濃度，考察廢水初始濃度對COD去除率的影響。 實(shí)驗結果如圖1所示。

圖1 廢水初始濃度對COD去除率的影響

從圖1可知：廢水稀釋倍數越大．即廢水濃度越 低，COD的去除率越大，但隨著(zhù)稀釋倍數的增大， COD去除率增加緩慢�？紤]成本等原因，本實(shí)驗選 用稀釋倍數為10的TNT廢水為處理水樣。

2．2 雙氧水用量對COD去除率的影響

取50 mL稀釋10倍的TNT廢水，加入FeSO4 O．07 g，微波功率為480 W，微波輻射4 min，改變 H O：用量，考察H：O 用量對COD去除率的影響。實(shí) 驗結果如圖2所示。

圖2 H2O2用量對COD去除率的影響

由圖2可知，隨著(zhù)H：O 用量的增加，COD的去 除率開(kāi)始呈上升趨勢，但當6％的H O 用量>1．5 mL 時(shí)，COD的去除率開(kāi)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(zhì)濃度和H O 的 用量的乘積成正比。由于廢水試樣中需降解的物質(zhì) 是一定的，所以反應開(kāi)始時(shí)，反應速率和H O 濃度 成正比，H2o：用量增加，會(huì )產(chǎn)生大量羥基自由基，使 反應速率加快，COD的去除率也隨之提高。但是當 H O 增加到一定量時(shí)，COD的去除率反而降低，這 是由于在催化反應中剩余的H O 在測定COD時(shí)充 當了還原劑，導致了COD去除率的降低。實(shí)驗確定 H2O2用量為1．5 mL。

2.3 微波輻射時(shí)間對COD去除率的影響

取50 mL稀釋1O倍的TNT廢水，加入FeSO4 0.07 g，6％的H202用量為1．5 mL，微波功率為480 W， 改變微波輻射時(shí)間．考察微波輻射時(shí)間對COD去除 率的影響。實(shí)驗結果如圖3所示。

圖3 微波輻射時(shí)間對COD去除率的影響

由圖3可知．隨微波輻射時(shí)間的增大，COD去 除率隨之增大，但微波輻射時(shí)間在6 min之前，COD 去除率提高較快，之后，提高變慢。為減少能耗，微波 輻射時(shí)間確定為6 min。

2．4 微波功率對COD去除率的影響

取50 mL稀釋10倍的TNT廢水，加入FeSO 0．07 g，6％的H202用量1．5 rrL，微波輻射6 min，改 變微波功率，考察微波功率對COD去除率的影響。 實(shí)驗結果如圖4所示。

圖4 微波功率對COD去除率的影響

由圖4可知，隨著(zhù)微波輻射功率的增加，COD 去除率有所提高，當微波功率高于480 W 時(shí)，COD 去除率增加幅度不大。綜合考慮。實(shí)驗選用微波輻 射功率480 W。

2．5 pH對C0D去除率的影響

取50 mL稀釋l0倍的TNT廢水。加入FeSO 0．07 g，6％的H202用量1．5 mL，微波功率為480 W， 微波輻射6 rain，改變pH，考察pH對COD去除率 的影響。實(shí)驗結果如圖5所示。

圖5 pH對COD去除率的影響

由圖5可知，隨著(zhù)pH的增加，COD去除率先增 大后減小，尤其是在pn由4增大到6時(shí)，COD去除 率急劇下降，說(shuō)明pH對溶液中COD去除率有較大 影響。當pH為4時(shí)，COD去除率最高，達84．5％。 表明酸性條件越強，廢水處理效果越好，而TNT廢 水的FH約為4，為了減少酸的使用，實(shí)驗選pH=4。

2．6 COD去除機理探討

在微波功率480 W 的條件下比較單獨微波輻 射、單獨Fenton試劑氧化、微波輻射Fenton試劑3 種方法對TNT廢水的處理效果，結果如圖6所示。

圖6 不同處理方法對COD去除率的影響

由圖6可知，微波輻射Fenton試劑的處理效果 要優(yōu)于另外2種方法，這說(shuō)明微波輻射Fenton試劑 處理過(guò)程中的輻射加熱非常重要。廢水中的有機物 不僅被·OH氧化分解．更重要的是通過(guò)微波輻射的 協(xié)同作用可以將其快速分解成二氧化碳和水。從而 大大縮短了廢水處理時(shí)間。

3 結論

(1)微波輻射Fenton試劑處理TNT廢水的最佳 條件為：微波功率為480 W、微波輻射時(shí)間為6 rain， 50 mL稀釋l0倍TNT廢水中6％的雙氧水用量為 1．5 mL、硫酸亞鐵用量為0．07 g，pH=4。在此條件下， 稀釋l0倍的TNT廢水的COD去除率為84．5％。

(2)在Fenton試劑存在下，微波輻射處理TNT 廢水的效果明顯優(yōu)于單獨Fenton試劑、單獨微波輻 射2種條件的效果．證明了微波輻射Fenton試劑的 氧化作用顯著(zhù)。

(3)微波輻射Fenton試劑處理TNT廢水是一種 行之有效的方法，該方法具有設備簡(jiǎn)單，操作方便， 反應徹底且無(wú)二次污染物產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，因此，對處理 難降解有機物，該方法具有很好的應用前景。來(lái)源：工業(yè)水處理 作者: 關(guān)曉彤 楊旭鵬 張之明 于大偉 李良 趙麗杰 白曉琳