微波辐射Fenton试剂处理TNT废水的研究

[摘要]采用微波辐射Fenton试剂处理TNT废水，分别考察了TNT废水初始浓度、双氧水用量、微波辐射时 间、微波功率和pH等因素对TNT废水处理效果的影响。结果表明，在微波功率为480 W 、微波辐射时间为6 rnin、 6％ 的双氧水用量为1．5 mL、FeSO 质量为0．07 g和pH=4的条件下，TNT废水COD去除率达到84．5％。单独微波辐 射、单独Fenton试剂氧化、微波辐射Fenton试剂3种不同方法的对比实验表明，微波辐射Fenton试剂有明显的优 越性。

[关键词]微波辐射；Fenton试剂；TNT废水

一定程度上而言，炸药工业对我国经济发展有 着举足轻重的作用。但同时炸药工业又是重污染源 之一，炸药废水中含有的梯恩梯(TNT)、黑索今 (RDX)及奥克托今(HMX)等污染物主要来源于炸 药及其制造所用的原料及中间产物。这些污染物 多有急性毒性，化学性质稳定，很难为一般微生物 所降解。随着高性能炸药的不断开发，污染物的种 类还将继续增多。炸药工业的污染物大多有致癌、 致突变毒性，可通过皮肤或呼吸等活动吸收，造成 人和哺乳动物的急性和慢性中毒，损害肝、肾、心 脏、血液、神经、眼睛等，严重时会危及生命，造成死 亡。因而开展以TNT为代表的炸药废水处理的研究 具有重要意义。研究表明，常规生物法难以实现对 该类废水的彻底治理，通过筛选出的菌种降解TNT 的效果又不稳定：采用电化学法对TNT废水进行 预处理，废水的处理费用高b]。因此，一般工程应用 与研究中多采用活性炭吸附等物化处理技术，但 存在工艺复杂、流程长、效率低、费用高等不足。

目前，国内外针对有毒、难降解有机废水的处 理．越来越关注高级氧化技术的研究及应用。 由于单独利用Fenton试剂处理废水的时间一般 比较长，笔者利用微波辐射加速Fe2+ 与H2O2之间 链式反应催化生成羟基自由基·OH 的特点。研究 微波辐射Fenton试剂处理TNT废水的效果，为微 波辐射Fenton试剂处理TNT废水的实际运用提 供科学参考。

1 实验部分

1．1 实验仪器及药品

仪器：微波炉，功率800 W，频率2 450 MHz；电 子数字天平；pHS一25型pH计； 电热恒温干燥箱； 250 mL全玻璃回流装置。

药品：K2CrO7、AgSO4、(NH4)2Fe(SO4)2·6H20、 H202(30％)、HgSO4、FeSO4、NaOH，均为分析纯；浓 H2s0 ，优级纯。

1．2 实验方法

取50 mL TNT废水样置于250 mL锥形瓶中， 加入适量的Fenton试剂后置于微波炉中，在一定的功率下，辐射一定时间后取出，冷却至室温，补加蒸 馏水至50 mL，取上清液测其COD。按式(1)计算 TNT废水的COD去除率：

COD去除率=(Co－C)／Co×100％ (1)

式中：C0——处理前废水的COD，mg／L；

C——处理后废水的COD，mg／L。

COD的测定，采用GB 11914-1989规定的重 铬酸钾法。

1．3 实验用水水质

实验用水取自某厂的混合炸药废水，COD约为 50 000 m L。

2 结果与讨论

2．1 废水初始浓度对COD去除率的影响

微波功率为480 W，6％的H2O2用量为1 mL， 加入FeSO 0．07 g，微波辐射4 min，改变TNT废水的浓度，考察废水初始浓度对COD去除率的影响。 实验结果如图1所示。

图1 废水初始浓度对COD去除率的影响

从图1可知：废水稀释倍数越大．即废水浓度越 低，COD的去除率越大，但随着稀释倍数的增大， COD去除率增加缓慢。考虑成本等原因，本实验选 用稀释倍数为10的TNT废水为处理水样。

2．2 双氧水用量对COD去除率的影响

取50 mL稀释10倍的TNT废水，加入FeSO4 O．07 g，微波功率为480 W，微波辐射4 min，改变 H O：用量，考察H：O 用量对COD去除率的影响。实 验结果如图2所示。

图2 H2O2用量对COD去除率的影响

由图2可知，随着H：O 用量的增加，COD的去 除率开始呈上升趋势，但当6％的H O 用量>1．5 mL 时，COD的去除率开始下降。根据Fenton试剂反应 机理可知，反应速率与需降解的物质浓度和H O 的 用量的乘积成正比。由于废水试样中需降解的物质 是一定的，所以反应开始时，反应速率和H O 浓度 成正比，H2o：用量增加，会产生大量羟基自由基，使 反应速率加快，COD的去除率也随之提高。但是当 H O 增加到一定量时，COD的去除率反而降低，这 是由于在催化反应中剩余的H O 在测定COD时充 当了还原剂，导致了COD去除率的降低。实验确定 H2O2用量为1．5 mL。

2.3 微波辐射时间对COD去除率的影响

取50 mL稀释1O倍的TNT废水，加入FeSO4 0.07 g，6％的H202用量为1．5 mL，微波功率为480 W， 改变微波辐射时间．考察微波辐射时间对COD去除 率的影响。实验结果如图3所示。

图3 微波辐射时间对COD去除率的影响

由图3可知．随微波辐射时间的增大，COD去 除率随之增大，但微波辐射时间在6 min之前，COD 去除率提高较快，之后，提高变慢。为减少能耗，微波 辐射时间确定为6 min。

2．4 微波功率对COD去除率的影响

取50 mL稀释10倍的TNT废水，加入FeSO 0．07 g，6％的H202用量1．5 rrL，微波辐射6 min，改 变微波功率，考察微波功率对COD去除率的影响。 实验结果如图4所示。

图4 微波功率对COD去除率的影响

由图4可知，随着微波辐射功率的增加，COD 去除率有所提高，当微波功率高于480 W 时，COD 去除率增加幅度不大。综合考虑。实验选用微波辐 射功率480 W。

2．5 pH对C0D去除率的影响

取50 mL稀释l0倍的TNT废水。加入FeSO 0．07 g，6％的H202用量1．5 mL，微波功率为480 W， 微波辐射6 rain，改变pH，考察pH对COD去除率 的影响。实验结果如图5所示。

图5 pH对COD去除率的影响

由图5可知，随着pH的增加，COD去除率先增 大后减小，尤其是在pn由4增大到6时，COD去除 率急剧下降，说明pH对溶液中COD去除率有较大 影响。当pH为4时，COD去除率最高，达84．5％。 表明酸性条件越强，废水处理效果越好，而TNT废 水的FH约为4，为了减少酸的使用，实验选pH=4。

2．6 COD去除机理探讨

在微波功率480 W 的条件下比较单独微波辐 射、单独Fenton试剂氧化、微波辐射Fenton试剂3 种方法对TNT废水的处理效果，结果如图6所示。

图6 不同处理方法对COD去除率的影响

由图6可知，微波辐射Fenton试剂的处理效果 要优于另外2种方法，这说明微波辐射Fenton试剂 处理过程中的辐射加热非常重要。废水中的有机物 不仅被·OH氧化分解．更重要的是通过微波辐射的 协同作用可以将其快速分解成二氧化碳和水。从而 大大缩短了废水处理时间。

3 结论

(1)微波辐射Fenton试剂处理TNT废水的最佳 条件为：微波功率为480 W、微波辐射时间为6 rain， 50 mL稀释l0倍TNT废水中6％的双氧水用量为 1．5 mL、硫酸亚铁用量为0．07 g，pH=4。在此条件下， 稀释l0倍的TNT废水的COD去除率为84．5％。

(2)在Fenton试剂存在下，微波辐射处理TNT 废水的效果明显优于单独Fenton试剂、单独微波辐 射2种条件的效果．证明了微波辐射Fenton试剂的 氧化作用显著。

(3)微波辐射Fenton试剂处理TNT废水是一种 行之有效的方法，该方法具有设备简单，操作方便， 反应彻底且无二次污染物产生等优点，因此，对处理 难降解有机物，该方法具有很好的应用前景。来源：工业水处理 作者: 关晓彤 杨旭鹏 张之明 于大伟 李良 赵丽杰 白晓琳