Fe2+活化过硫酸钾处理三唑醇农药废水

2022.06.22

张魏建周腾腾戚永洁杨峰戴建军王俊

摘??????要：采用Fe2+活化过硫酸钾处理三唑醇农药废水，研究不同pH、过硫酸钾投加量、七水合硫酸亚铁投加量和反应时间等因素对三唑醇农药废水处理效果的影响。结果表明最佳反应条件为：初始pH=6.0，过硫酸钾投加量10 g/L，七水合硫酸亚铁投加量6 g/L，反应时间100 min，废水中COD和TOC的去除率可达53.47%和35.45%。研究结果表明Fe2+活化过硫酸钾法相比芬顿法，能够在中性条件下对污染物取得良好的去除效果，大大降低药剂成本，是一种经济有效的处理方法。

关??键??词：Fe2+;过硫酸钾;高级氧化;农药废水

中图分类号：X703 ???????文献标识码： A ??????文章编号：1671-0460（2020）01-0103-04

Treatment of Triazole Alcohol Pesticide Wastewater by Fe2+

?Activated Potassium Persulfate

ZHANG Wei-jian1，2，?ZHOU Teng-teng1，2?，?QI Yong-jie1，2，?YANG Feng1，2 ，?DAI Jian-jun1，2， WANG Jun1，2

（1.?Nanjing University &Yancheng Academy of Environmental Protection Technology and Engineering，

Jiangsu Yancheng 224001， China;

2.?Jiangsu Nanda-Huaxing Science and Technology of Environmental Protection Co.，?Ltd.， Jiangsu Yancheng 224001， China）

Abstract：?Triazole alcohol pesticide wastewater was treated by Fe2+?activated potassium persulfate， the effect of different pH， potassium persulfate dosage， ferrous sulfate heptahydrate dosage and reaction time on the treatment efficiency of triazole alcohol pesticide wastewater was?studied. The optimum reaction conditions were?determined as follows：?the initial pH=6.0， the potassium persulfate dosage 10 g/L， the ferrous sulfate heptahydrate dosage 6 g/L， the reaction time 100 min.Under above conditions， COD and TOC removal rate in wastewater were 53.47% and 35.45%. The results showed that Fe2+?activated potassium persulfate method was an economical and effective method for the removal of pollutants under neutral conditions.

Key words： Fe2+; Potassium persulfate; Advanced oxidation; Pesticide wastewater

三唑醇農药废水具有毒性大、水质不稳定、污染物浓度高、有刺激性气味、可生化性差等特点[1-3]，是一种难处理废水[4-7]，芬顿氧化技术能够氧化难降解有机物，在农药废水处理中广泛应用，但芬顿氧化反应需在低pH条件下进行[8]，反应中过氧化氢消耗量大且利用率低，在实际应用时会增加废水的处理成本，所以需要开发一种处理成本低的技术来弥补传统芬顿氧化反应的缺点。过硫酸盐氧化技术是近年来用于废水处理的一种有效的高级氧化技术，它是产生和·OH类似的SO4-·来降解污染物的一种新型的高级氧化技术[9]。相对于传统的芬顿反应，过硫酸盐高级氧化技术具有使用范围广、选择性强等优点，因此研究过硫酸盐高级氧化技术处理三唑醇农药废水具有很强的现实意义，为三唑醇农药废水提供一种新的解决思路和方法。

1 ?实验部分

1.1 ?材料

实验废水来源于江苏某农药公司，废水水质如表1所示。

1.2 ?仪器及试剂

1.2.1 ?试剂

实验使用的试剂见表2。

1.2.2 ?仪器

实验使用的仪器见表3。

2 ?实验方法

2.1 ?不同条件下Fe2+活化过硫酸钾对三唑醇农药废水处理效果的影响

pH：将100 mL废水的pH 调至2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0，加入1.2 g七水合硫酸亚铁和2.0 g过硫酸钾，反应2 h后，加入30%氢氧化钠将废水pH调至8～9，静置2 h后，取其上清液测COD，上清液过0.45 μm滤膜后测TOC。

过硫酸钾投加量：將100 mL废水的pH调至7.0，加入1.2 g七水合硫酸亚铁，控制过硫酸钾投加量为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g，反应2 h后，加入30%氢氧化钠将废水pH调至8～9，静置2 h后，取其上清液测COD，上清液过0.45μm滤膜后测TOC。

七水合硫酸亚铁投加量：将100 mL废水的pH调至7.0，加入1.0 g过硫酸钾，控制七水合硫酸亚铁投加量为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 g，加入30%氢氧化钠将废水pH调至8～9，静置2 h后，取其上清液测COD，上清液过0.45μm滤膜后测TOC。

反应时间：将100 mL废水的pH调至7.0，加入1.0 g过硫酸钾，加入0.6 g七水合硫酸亚铁，反应时间分别为30，45，60，75，90，120 min，加入30%氢氧化钠将废水pH调至8～9，静置2 h后，取其上清液测COD，上清液过0.45μm滤膜后测TOC。

2.2 ?正交实验

在单因素试验的基础上，综合考虑各种因素，设计以pH、过硫酸钾投加量、七水合硫酸亚铁投加量、反应时间为变量的4因素3水平正交试验，确定最佳反应参数。

2.3 ?分析方法

（1）COD：测定根据《GB11914-2017 水质化学需氧量的测定-重铬酸钾法》。

（2）TOC：利用磷酸处理待测样品，去除水样中的无机碳，然后利用过硫酸钠将废水中的有机物氧化成二氧化碳，最后由数据处理把二氧化碳气体含量转换成水中有机物的浓度。

（3）pH：测定根据《GB6920-86 水质 pH的测定-玻璃电极法》，pH值由测量电池的电动势而得。

（4）全盐量：测定根据《HJ/T 51-1999水质全盐量的测定-重量法》。

（5）BOD5：测定根据《HJ 505-2009 水质五日生化需氧量的测定-稀释与接种法》。

3 ?结果与讨论

3.1 ?pH对三唑醇农药废水处理效果的影响

考察不同pH条件下对三唑醇农药废水处理效果的影响，结果如图1所示，过硫酸钾氧化反应既可以在酸性条件进行，也可以在碱性条件性进行。经过硫酸钾氧化后，废水中COD去除率可以达37.49%～40.52%，在强酸性和中性条件下，废水中COD去除率比较高。废水中的TOC去除率在酸性条件下比较高，在碱性条件下，TOC去除率相对来说较低，这是由于碱性条件下，Fe2+和Fe3+易发生沉淀[10]，影响过硫酸钾氧化反应，从而导致在碱性条件下COD和TOC去除率都是降低的。综合成本考虑，确定过硫酸钾氧化反应的最佳pH为7.0。

3.2 ?过硫酸钾投加量对农药废水处理效果的影响

考察过硫酸钾投加量对三唑醇农药废水处理效果的影响，结果如图2所示，随着过硫酸钾投加量的增加，废水中的COD去除率是先增大后减小，而TOC的去除率则是一直增大的，但是当过硫酸钾投加量超过1.0 g后，TOC去除率基本不变。由于刚开始废水中的Fe2+是过量的，加入过硫酸钾后，Fe2+催化过硫酸钾产生SO4-·[11]，废水中的有机物被氧化成二氧化碳和水等小分子[12]，所以COD去除率随着过硫酸钾投加量的增加而增大。随着过硫酸钾投加量的增加，Fe2+转化为Fe3+，废水中过硫酸钾的量变为过量，在进行COD指标测定时，使得COD的值偏高，导致COD去除率开始降低，而TOC去除率并没有降低。当过硫酸钾投加量超过1.0 g后，废水中的有机物被氧化分解的量是一定的，所以TOC去除率并没有降低也没有升高。考虑到处理废水的成本，选择过硫酸钾的最佳投加量为1.0 g，即每升废水中过硫酸钾的最佳投加量为10 g。

3.3 ?七水合硫酸亚铁投加量对农药废水处理效果的影响

考察七水合硫酸亚铁投加量对三唑醇农药废水处理效果的影响，结果如图3所示。

随着七水合硫酸亚铁投加量的增加，COD去除率先增大后减小，而TOC去除率也是先增大后减小，这是由于随着废水中Fe2+的增多，Fe2+可能被氧化成Fe3+，从而降低了COD的去除率，同时废水中的含碳有机物去除率也随之减小。当七水合硫酸亚铁投加量为0.6 g时，COD和TOC的去除率都达到最大值，刚开始废水中没有Fe2+，过硫酸钾很难产生SO4-·[13]，所以废水中COD和TOC的去除率都很低，随着Fe2+的加入，废水中的SO4-·随之增多[14]，废水中的大部分有机物被氧化去除，确定最佳的七水合硫酸亚铁的投加量为6 g/L。

3.4 ?反应时间对农药废水处理效果的影响

考察反应时间对三唑醇农药废水处理效果的影响，结果如图4所示，随着反应时间的增加，COD去除率先增大后减小，TOC的去除率是一直增大的。当反应时间为90 min时，COD和TOC去除率达到最大值，说明0～90 min是过硫酸钾产生SO4-·的阶段。由于Fe2+的投加量不是过量的，在反应过程中，Fe2+除了催化过硫酸钾产生SO4-·，部分的Fe2+还会消耗废水中的过硫酸钾[15]，导致反应后期COD去除率略微下降。由此可见，90 min后过硫酸钾的氧化反应基本结束，确定过硫酸钾的最佳反应时间为90 min。

3.5 ?正交实验分析

采用L9（34）正交表安排试验列于表4，测定各试验条件下的COD去除率。根据COD去除率分析出最佳的试验条件。

根据正交实验表进行正交实验，结果如表5所示。

从正交试验的结果可以看出，所选定的影响因素中，七水合硫酸亚铁投加量对COD的去除率影响最大，其次是pH，再次是过硫酸钾投加量，最后是反应时间。由此确定最佳实验操作条件为： pH = 6、过硫酸钾投加量10 g/L、七水合硫酸亚铁投加量6 mL/L、反应时间100 min。

4 ?结论

（1）根据单因素和正交实验，Fe2+活化过硫酸钾氧化处理三唑醇农药废水的最佳反应条件为：pH为6.0，过硫酸钾的投加量为10 g/L，七水合硫酸亚铁的投加量为6 g/L，反应时间为100 min。废水中COD和TOC的去除率最高可达53.47%、35.45%。

（2）Fe2+活化过硫酸钾对三唑醇农药废水具有良好的处理效果，与传统芬顿氧化相比反应条件比较宽松，在pH中性条件下取得最佳处理效果，减少药剂的使用成本，且降解污染物速率较快，90 min即可达到最优去除率，是一种经济可行的技术方法，值得推广应用。

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