微波輔助均相催化氧化處理吡蟲啉農藥廢水

楊海燕，許曉毅，畢曉伊，孫珮石

(1.云南大學工程技術研究院，云南昆明650091;2.云南財經大學統計與信息學院，云南昆明650000)

微波輔助均相催化氧化處理吡蟲啉農藥廢水

楊海燕1，許曉毅2，畢曉伊1，孫珮石1

(1.云南大學工程技術研究院，云南昆明650091;2.云南財經大學統計與信息學院，云南昆明650000)

對微波輔助均相催化氧化處理吡蟲啉農藥廢水進行了研究，通過考察H2O2投加量、均相催化劑Fe2+濃度、微波輻照時間及功率、廢水溫度、廢水pH值等因素對該農藥廢水COD處理效果的影響，獲得了最佳工藝條件:即100ml初始COD濃度為268mg/L的農藥廢水，H2O2投加量為26.52g/L，均相催化劑Fe2+濃度為109.8mg/L，在微波功率119W，輻射時間為4min，pH為6的條件下，COD去除率可達78.51%。

吡蟲啉農藥廢水;微波輔助;均相催化氧化

高效殺蟲劑吡蟲啉被稱為“新煙堿”類化合物，在其生產過程中產生的廢水具有毒性大、成分復雜、難降解有機物濃度高、治理難等特點［1］。采用傳統的生物或物化工藝處理該廢水效率低、效果差［2］。因此，探索該農藥廢水的高效處理方法已成為環境治理領域中的處理難題和研究熱點。

微波加熱具有加熱速度快、無滯后效應、無溫度梯度及不需要加熱介質等許多優點［3］，近年來，該技術被廣泛地應用到污染土壤修復、污泥脫水、廢氣處理、廢水處理等環境工程領域［4～11］。其中，微波輔助水處理工藝由于其具有短時高效的特點，被廣泛應用于難降解有機物的處理［12～15］。

Fenton試劑(由H2O2和Fe2+組成)是一種常見的廢水處理試劑［16～17］，本研究就是以H2O2為氧化劑，以Fe2+為均相催化劑，在微波輔助工藝中，考察H2O2投加量、Fe2+濃度、微波輻照時間及功率、廢水溫度、廢水pH值等因素對該農藥廢水COD處理效果的影響，以期獲得最佳工藝條件，探索吡蟲啉農藥廢水的處理新工藝。

1 實驗部分

1.1 實驗水質

采用吡蟲啉農藥(江蘇龍燈化學有限公司)稀釋后的模擬廢水，原始COD為268mg/L，pH為6，液體呈藍色。

1.2 試劑和儀器

試劑:30%H2O2，FeSO4·7 H2O，Ag2SO4，濃H2SO4，K2Cr2O7，(NH4)2Fe(SO4)2，NaOH均為分析純。

儀器:格蘭仕家用微波爐(P70D20TL－D4)，消解儀(HCA－100)，酸度計(pHS－25)，電子天平。

1.3 試驗方法

在250ml錐形瓶中，加入100ml COD為268mg/L的模擬廢水，加入一定量的H2O2和Fe2+，置于微波爐中，在一定的微波功率條件下輻照一定時間，取出冷卻至室溫，測其COD，用COD的去除率表征廢水的處理效果。

COD的測定采用重鉻酸鉀氧化法。

2 結果與討論

2.1 H2O2投加量對COD去除率的影響

在微波輻照功率119W，輻照時間1min，均相催化劑Fe2+加入量為126.32mg/L的條件下，加入不同量的H2O2處理吡蟲啉農藥廢水，考察H2O2投加量對處理效果的影響。實驗結果如圖1所示。

由圖1可以看出，在微波輔助均相催化氧化工藝中，吡蟲啉農藥廢水COD的去除率開始時隨著H2O2投加量的增加而升高，當H2O2濃度增加到26.52g/L后，其COD去除率反而呈現下降趨勢。原因可能是H2O2濃度較低時增加了H2O2的投加量，生成的·OH量增加，使得農藥廢水COD去除率提高。當H2O2投加量較大時，較高濃度的H2O2一方面會造成自身的分解反應加劇;另一方面H2O2本身能清除·OH，H2O2濃度過高，還會將Fe2+氧化成Fe3+，從而降低了·OH的產生效率。因此，H2O2的最佳投加量為26.52g/L，此時工藝中COD去除率達74.93%。

2.2 Fe2+濃度對COD去除率的影響

在微波輻照功率119W，輻照時間1min，H2O2投加量為26.52g/L的條件下，改變均相催化劑Fe2+的濃度，考察Fe2+的濃度對COD去除率的影響。實驗結果如圖2所示。

由圖2可以看出，Fe2+的加入可以明顯提高系統中COD的去除效率，且隨著Fe2+濃度的增大，COD去除率逐漸增大，但當Fe2+濃度增加到一定程度后COD去除率開始減小。具體原因為:Fe2+的存在可以催化產生·OH自由基，當Fe2+的濃度過低時，·OH的產生量很低，體系的處理效率也較低;但當Fe2+過量時，不僅會過量還原H2O2產生較多的Fe3+，而且會與·OH反應，從而降低了體系的氧化能力。

Fe2+濃度在109.80～163.11mg/L時，體系的COD去除率較高，從經濟角度考慮，選擇Fe2+濃度為109.80mg/L為最佳工藝條件，此時的COD去除率為74.93%。

2.3 輻照功率和輻照時間對COD去除率的影響

微波輻照功率與輻照時間直接影響到吡蟲啉農藥廢水的COD去除率和運行能耗的高低。分別投加26.52g/L的H2O2和109.80mg/L的Fe2+，在不同微波輻照功率與輻照時間條件下處理農藥廢水，考察不同微波輻照功率和輻照時間對COD去除率的影響，實驗結果如圖3所示。

由圖3可以看出，相同輻照功率下隨著微波輻照時間的增大，COD的去除率逐漸上升，到一定時間時存在著最優值。當超過一定時間后，各個功率的COD去除率均有下降。分析原因，H2O2氧化有機物需要一定的反應時間，但該反應可能為放熱反應，輻照時間過長，導致系統溫度升高，反而不利于正反應的進行。由圖3可以看出，相同輻照時間下隨著微波輻照功率的升高，COD的去除率反而下降，這說明低功率的微波輻照就可以較好地輔助Fenton試劑催化氧化處理吡蟲啉農藥廢水。確定最佳工藝條件為:微波輻照功率119W，輻照時間4min，此時COD去除率為78.51%，能耗僅為0.00793kWh。

2.4 出水溫度對COD去除率的影響

微波輔助催化氧化處理吡蟲啉農藥廢水工藝若想應用于實際，必須考慮出水溫度對環境的熱污染及后續處理工藝的影響等實際因素。投加26.52g/L的H2O2和109.80mg/L的Fe2+，在微波輻照功率119W的條件下處理農藥廢水，通過調節輻照時間來調節出水溫度，考察不同出水溫度對應的COD去除率，實驗結果如圖4所示。

由圖4可以看出，微波功率為119W時，COD去除率隨著出水溫度的升高，呈現先升高后降低的趨勢，這與2.3中對輻照時間的考察結果一致。在輻照時間達到4min時，COD的去除率達到最大值78.51%，此時對應的出水溫度為50℃。考慮廢水后續處理及熱污染，在今后的研究中應進一步采取措施降低出水溫度。

2.5 廢水pH對COD去除率的影響

催化氧化法處理廢水的工藝中，pH值對氧化劑及要處理的污染物均有較大的影響。在投加26.52g/L的H2O2和109.80mg/L的Fe2+，微波輻照功率119W，輻照時間4min的條件下，考察廢水pH值對COD去除率的影響，實驗結果如圖5所示。

由圖5可看出，當pH值較低或較高時，COD去除率都會迅速下降，pH值在3～6時，COD去除率較高，對應值在74.93%－78.51%。這與文獻報道［18］的Fenton試劑是在酸性條件下氧化效果顯著基本一致。在pH值較低時，會影響Fe2+的催化再生，使整個催化反應受阻;而當pH值較高時，不僅抑制了·OH的產生，而且使溶液中的Fe2+和Fe3+以氫氧化物形式沉淀而失去催化能力，同時較高的pH值會使H2O2產生無效分解，降低其利用率。

從經濟角度考慮，由于原水的pH值為6，在工藝的最佳pH值范圍內，因此選用pH值6為最佳工藝條件。

3 結論

在微波輔助均相催化氧化處理吡蟲啉農藥廢水的工藝研究中，H2O2投加量、均相催化劑Fe2+濃度、微波輻照時間及功率、廢水溫度、廢水pH值等因素對COD去除率均有影響，對于處理100ml初始COD濃度為268mg/L的農藥廢水，最佳處理工藝條件為:H2O2投加量為26.52g/L，均相催化劑Fe2+濃度為109.8mg/L，在微波功率119W，輻射時間為4min，pH為6，在此工藝條件下，COD去除率可達78.51%。

實驗結果表明此工藝在微波低功率較低能耗條件下能達到很好的去除效果，而溶液體系反應溫度相對適中，處理時間短，設備簡單，操作簡便，是一種行之有效的吡蟲啉農藥廢水的處理方法。

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A Study on Microwave－Assisted Homogeneous Catalytic Oxidation Method in Treating Imidacloprid Pesticide Wastewater

YANG Hai－yan1，XU Xiao－yi2，BI Xiao－yi1，SUN Pei－shi1
(1.Institute of Environment and Technology，Yunnan University，Kunming Yunnan 650091 China)

A study on treating imidacloprid pesticide wastewater by using microwave－assisted homogeneous catalytic oxidation process has been carried out.The dosage of H2O2，the concentration of homogeneous catalyst Fe2+，the microwave radiation time and power，the temperature and pH value of the wastewater have been studied on their effect in removing the COD in the pesticide wastewater.The optimum conditions of the process were achieved.For the 100ml wastewater(initial COD concentration=268mg/L)，when H2O2dosage was 26.52 g/L，the concentration of Fe2+was 109.8mg/L，and under the conditions of microwave power of 119W，radiation time of 4 min and a pH value of 6，the COD removal rate of was up to 78.51%.

imidacloprid pesticide wastewater;microwave－assisted;homogeneous catalytic oxidation

X703

A

1673－9655(2012)02－0062－04

2011－10－18

云南省教育廳科學研究基金項目(NO.09Y0038)，云南省科技計劃項目(NO.2009CD004)。

楊海燕(1986－)，女，碩士研究生。