芬頓試劑處理甲氰菊酯農藥廢水的試驗研究

摘要：采用單因素試驗方法，用芬頓試劑對粉煤灰基混凝劑吸附后的甲氰菊酯農藥廢水做進一步處理，以探討新的甲氰菊酯農藥廢水處理技術，并確定芬頓試劑處理的最佳條件。結果表明，在甲氰菊酯農藥廢水pH為4、30%（質量分數）H2O2用量為15 mL/L、FeSO4·7H2O用量為2.0 g/L、溫度為50 ℃、反應時間為60 min時，芬頓試劑處理效果最佳，此條件下CODCr去除率達95.78%。

關鍵詞：芬頓試劑；甲氰菊酯；廢水處理

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3031-02

甲氰菊酯（Fenpropathrin，α-氰基-3-苯氧基芐基-2，2，2，3-四甲基環丙烷羧酸酯）又名滅掃利，是模擬天然除蟲菊素由人工合成的擬除蟲菊酯類的一種高效殺蟲劑[1]，在我國被廣泛使用，但該藥為擬除蟲菊酯類中毒性最大的高毒農藥[2]，在環境中殘留會造成環境與食品的污染。

利用粉煤灰基混凝劑對甲氰菊酯農藥廢水進行預處理，CODCr去除率為50.91%[3]，雖然是以廢治廢的方法，但效率偏低，廢水需進一步處理才能達標排放。研究針對經粉煤灰基混凝劑預處理后的甲氰菊酯農藥廢水，利用芬頓試劑的強氧化性對其進一步處理，并對處理效果進行了研究，期望能提高甲氰菊酯農藥廢水的處理效率。

1 材料與方法

1.1 儀器與藥品

主要儀器：290A+型精密pH計[Thermo Electron Corparation（美國）]、DF-1型集熱式磁力攪拌器（江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司）、AS-990型吸收分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）等。

主要試劑：氫氧化鈉、硫酸鐵、硫酸、30%（質量分數，下同）H2O2、重鉻酸鉀均為分析純，20%甲氰菊酯乳劑，試驗用水均為二次蒸餾水。

1.2 試驗方法

反應在250 mL的燒杯中進行。取100 mL經粉煤灰基混凝劑預處理后CODCr為349.3 mg/L的甲氰菊酯農藥廢水，加入適量的芬頓試劑，考察水樣的CODCr，并計算CODCr去除率。CODCr采用國家標準方法（GB 11914-1989）測定。

2 結果與分析

2.1 反應pH的確定

分別取100 mL粉煤灰基混凝劑處理后的甲氰菊酯農藥廢水，調節pH為2、3、4、5、6（由于甲氰菊酯在堿性條件下不穩定，故所調節的pH均小于7），加入1.0 mL 30% H2O2、0.10 g FeSO4·7H2O，于30 ℃的空氣浴中振蕩反應15 min后測定廢水的CODCr，考察不同pH對CODCr去除率的影響，結果如圖1所示。由圖1可知，在酸性條件下，甲氰菊酯農藥廢水CODCr的去除率隨pH的增大先增加后降低，在pH為4時，去除率達到最高。這是因為pH的升高會抑制·OH的產生，而且使溶液中的Fe2+以氫氧化物的形式沉淀而失去催化能力；當pH過低時，溶液中H+的濃度又會比較高，Fe3+還原成Fe2+的過程變得困難，從而影響CODCr的去除效率。

2.2 H2O2用量的確定

取100 mL甲氰菊酯農藥廢水，調節pH為4，加入0.10 g FeSO4·7H2O，然后再分別加入不同量的30% H2O2，于30 ℃的空氣浴中振蕩反應15 min后測定廢水的CODCr，以考察30% H2O2用量對CODCr去除率的影響，結果見圖2。從圖2中可以看出，隨著30% H2O2用量的增加，甲氰菊酯農藥廢水中CODCr的去除率呈先增加后降低的趨勢；當30% H2O2用量為15 mL/L時，CODCr的去除率達到最高，為85.38%。原因是H2O2的用量過大會引起H2O2與·OH發生反應，使最開始產生的·OH消耗掉，即部分H2O2發生無效分解，進而使CODCr去除率降低。

2.3 FeSO4·7H2O用量的確定

取100 mL甲氰菊酯農藥廢水，調節pH為4，分別加入不同質量的FeSO4·7H2O，再加入1.5 mL 30% H2O2，置于30 ℃的空氣浴中振蕩反應15 min后測定CODCr，考察FeSO4·7H2O用量對CODCr去除率的影響，結果見圖3。由圖3可知，隨著FeSO4·7H2O用量的增加，CODCr去除率先增加后降低，當FeSO4·7H2O用量為2.0 g/L時，CODCr的去除率達到最高。出現這種現象的原因是Fe2+的濃度較低時，生成的·OH相對較少，因此去除率較低；隨著Fe2+濃度的增加，生成的·OH的量增加，完全參加反應，去除率升高；但當Fe2+濃度過高時，在高濃度催化劑下，反應開始迅速產生大量的·OH，但氧化有機物反應速率較低，導致·OH自身積聚生成水，使生成的·OH被消耗掉，去除率下降[4]。

2.4 反應時間的確定

取100 mL甲氰菊酯農藥廢水，調節pH為4，加入0.20 g FeSO4·7H2O，用移液器準確移取1.5 mL 30% H2O2，于30 ℃的空氣浴中分別反應不同時間，反應完后測定CODCr，考察反應時間對CODCr去除率的影響，結果見圖4。從圖4中可以看出，對CODCr的去除率隨著反應時間的增加而上升，在反應60 min后趨于平衡，此后隨時間的推移去除率還有所增加，但是幅度較小，考慮實際情況，將最佳反應時間定為60 min。芬頓試劑處理廢水時，·OH的產生速率以及氧化分解有機物的速率直接決定了芬頓試劑處理甲氰菊酯廢水所需時間的長短，時間越長，·OH產生量越多，去除率越高，但試劑的用量有限，在一定時間內去除率有最大值。

2.5 反應溫度的確定

取100 mL甲氰菊酯農藥廢水，調節pH為4，加入0.20 g FeSO4·7H2O，再加入1.5 mL 30% H2O2，分別置于不同溫度下振蕩反應60 min，測定處理后甲氰菊酯農藥廢水的CODCr，考察反應溫度對CODCr去除率的影響，結果如圖5。由圖5可見，在20～50 ℃之間，對CODCr的去除率隨溫度的升高而升高，50 ℃時去除率達95.78%，這是因為溫度越高，·OH的活性隨之增大，氧化能力加強；但當溫度超過50 ℃，去除率開始下降，這是因為溫度過高促使H2O2分解為O2和H2O，不利于·OH的生成[5]。

3 結論

利用芬頓試劑進一步處理粉煤灰基混凝劑吸附后的甲氰菊酯農藥廢水，有效地提高了CODCr的去除率，在工業化方面值得進一步研究。通過試驗確定反應的最佳條件為甲氰菊酯農藥廢水pH 4、30% H2O2用量為15 mL/L、FeSO4·7H2O用量2.0 g/L、反應溫度50 ℃、反應時間60 min，此時CODCr去除率達95.78%。

參考文獻：

[1] 王發珍，李天增.農藥廢水預處理方法的研究[J].江蘇環境科技，2008，21（1）：101-104.

[2] 胥維昌.我國農藥廢水處理現狀及展望[J].化工進展，2000， 19（5）：18-23.

[3] 伏廣龍，馬衛興，顧曉晨.甲氰菊酯農藥廢水處理的實驗[J].農藥，2011，50（8）：567-569.

[4] FAN M H， BROWN R C， WHEELOCK T D， et al. Production of a complex coagulant from fly ash[J]. Chemical Engineering Journal，2005，106（3）：269-277.

[5] 陳傳好，謝 波，任 源，等.Fenton試劑處理廢水中各影響因子的作用機制[J].環境科學，2000，21（3）：93-96.