微波無極紫外光助Fenton處理農藥廢水

摘要 研究了微波無極紫外（MWEUV）光助Fenton法對有機農藥廢水的強化降解作用，比較了單獨MW、單獨Fenton、紫外汞燈光助Fenton（UV/Fenton）和MWEUV光助Fenton（MWEUV/Fenton）4種體系的處理效果，考察了初始pH、H2O2投加量和Fe2+投加量對COD降解率的影響。結果表明，MWEUV比紫外汞燈具有更高的強化降解作用。在H2O2投加量為60 mmol/L，Fe2+投加量為0.5 mmol/L，初始pH為2～5的條件下，有機農藥廢水可被完全降解。

關鍵詞 微波無極紫外；Fenton試劑；農藥廢水

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）25-08696-03

Abstract The enhanced treatment of Fenton by microwave electrodeless ultraviolet （MWEUV） for pesticide wastewater was studied. The four degradation systems included MW alone， Fenton alone， UV/Fenton and MWEUV/Fenton were compared. Effects of initial pH value， H2O2 dosage and Fe2+ dosage on degradation efficiency were also investigated. The results showed that MWEUV was more efficient than commercial UV lamp. At 60 mmol/L of H2O2 dosage， 0.5 mmol/L of Fe2+ dosage， 2-5 of initial pH value， pesticide wastewater was completely degraded by MWEUV/Fenton within 120 min.

Key words Microwave electrodeless ultraviolet （MWEUV）； Fenton reagent； Pesticide wastewater

農藥廢水具有濃度高、毒性大、污染物成分復雜、可生化性差等特點，采用傳統的生化法和物理化學法處理效果不理想。作為一種高級氧化技術（AOPs），Fenton試劑在高濃度、難降解、有毒有害廢水的處理方面受到了越來越多地關注[1]。與傳統Fenton法相比，紫外光助Fenton法不僅能顯著加快反應速率，減少H2O2的用量，還能極大地提高Fenton試劑的氧化性能[2]。已有研究表明，紫外光助Fenton能夠通過H2O2的紫外光解和Fe3+的光致還原作用生產更多的羥基自由基[3-5]。因此，UV光源是紫外光助Fenton反應系統設計的重要環節。

微波無極紫外（MWEUV）是近年來開發的一種新型紫外光源，具有輻射強度高、壽命長、可制備成任意形狀、同時獲得紫外和微波輻射等優勢[6-8]。MWEUV作為光源已成功地應用在UV光解[9]、UV/H2O2[10]和光催化等反應體系中[11]。然而，有關MWEUV對Fenton法處理的強化作用卻鮮有報道。

筆者研究了微波無極紫外光助Fenton（MWEUV/Fenton）對有機農藥廢水的處理效果，對比了不同反應體系的降解效率，著重比較了微波無極紫外與傳統紫外汞燈對Fenton的強化作用，并對MWEUV/Fenton處理法的主要參數進行了優化，以期為新型、高效的光助Fenton處理法的開發和有機農藥廢水的處理提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗試劑

有機農藥廢水來源于某農藥廠生產排水，廢水已經過簡單混凝沉淀預處理，初始COD濃度約450 mg/L，其他試劑均為分析純。

1.2 試驗裝置

試驗裝置如圖1所示，反應器為圓柱形石英玻璃管，有效容積1 L。微波發生器輸出功率700 W，頻率2.45 GHz。微波無極紫外燈規格為U25（U型，外徑25 mm），功率約為25 W。反應溶液利用循環泵進行外部循環冷卻，反應過程中溶液溫度保持（25±0.5）℃，循環泵流量5 L/min。攪拌器連續攪拌，以保證溶液混合均勻。整個反應系統采用耐高溫、耐腐蝕的硅膠管連接。在紫外汞燈光助Fenton對比試驗中，采用1只25 W的商業汞燈代替MWEUV燈，且反應過程中不啟動微波發生器。

3 結論

在紫外光助Fenton處理體系中，MWEUV比商業紫外汞燈具有更高的強化降解作用。MWEUV/Fenton法處理農藥廢水的最佳條件為：H2O2投加量為60 mmol/L，Fe2+投加量為0.5 mmol/L，初始pH為2～5。MWEUV應用于光助Fenton處理農藥廢水具有良好的前景。

參考文獻

[1] 楊濤，鄭偉，余海晨，等.生物活性炭濾池-流化床復合工藝處理農藥廢水的研究[J].安徽農業科學，2012，40（18）：9835-9837.

[2] 羅小葉，洪軍，谷靜麗，等.零價鐵類Fenton試劑氧化降解廢水中有機污染物的研究進展[J].化工環保，2013（2）：129-133.

[3] 吳彥瑜，鄭可，陳東宇，等.Fenton 試劑氧化降解腐殖酸動力學[J].環境科學，2010，31（9）：2085-2091.

[4] CHEN J，ZHU L.Oxalate enhanced mechanism of hydroxylFepillared bentonite during the degradation of Orange II by UVFenton process [J].Journal of Hazardous Materials，2011，185（2）：1477-1481.

[5] AKIN KARCI，IDIL ARSLANALATON，MIRAY BEKBOLET，et al.H2O2/UVC and photoFenton treatment of a nonylphenol polyethoxylate in synthetic freshwater：Followup of degradation products，acute toxicity and genotoxicity [J].Chemical Engineering Journal，2014，241：43-51.

[6] ALSHAMMA’A A I，PANDITHAS I，LUCAS J.Lowpressure microwave plasma ultraviolet lamp for water purification and ozone applications[J].Journal of Physics D：Applied Physics，2001，34（18）：2775.

[7] XIA L Y，GU D H，TAN J，et al.Photolysis of low concentration H2S under UV/VUV irradiation emitted from microwave discharge electrodeless lamps [J].Chemosphere，2008，71（9）：1774-1780.

[8] HORIKOSHI S，KAJITANI M，SATO S，et al.A novel environmental riskfree microwave discharge electrodeless lamp（MDEL）in advanced oxidation processes：Degradation of the 2，4D herbicide[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A：Chemistry，2007，189（2）：355-363.

[9] ZHANG X，WANG Y，LI G，et al.Oxidative decomposition of azo dye C.I.Acid Orange 7（AO7）under microwave electrodeless lamp irradiation in the presence of H2O2 [J].Journal of Hazardous Materials，2006，134（1）：183-189.

[10] FERRARI C，LONGO I，TOMBARI E，et al.A novel microwave photochemical reactor for the oxidative decomposition of Acid Orange 7 azo dye by MW/UV/H2O2 process [J].Journal of Photochemistry and Photobiology A：Chemistry，2009，204（2）：115-121.

[11] 成功，雷蕾，徐迪，等.微波無極紫外光催化-內電解協同降解活性艷紅 X-3B[J].化工環保，2009，29（3）：207-211.

[12] VUJEVIC' D，PAPIC' S，KOPRIVANAC N，et al.Decolorization and Mineralization of Reactive Dye by UV/Fenton Process[J].Separation Science and Technology，2010，45（11）：1637-1643.

[13] ZHANG Y Y，HE C，SHARMA V K，et al.A new reactor coupling heterogeneous Fentonlike catalytic oxidation with membrane separation for degradation of organic pollutants[J].Journal of Chemical Technology and Biotechnology，2011，86（12）：1488-1494.

[14] PARK J H，CHO I H，CHANG S W.Comparison of Fenton and photoFenton processes for livestock wastewater treatment[J].Journal of Environmental Science and Health Part B，2006，41（2）：109-120.

[15] MALIK P K，SAHA S K.Oxidation of direct dyes with hydrogen peroxide using ferrous ion as catalyst[J].Separation and Purification Technology，2003，31（3）：241-250.

[16] BADAWY M I，GOHARY F EI，GHALY M Y，et al.Enhancement of olive mill wastewater biodegradation by homogeneous and heterogeneous photocatalytic oxidation[J].Journal of Hazardous Materials，2009，169（1）：673-679.

[17] SABAIKAI W，SEKINE M，TOKUMURA M，et al.UV light photoFenton degradation of polyphenols in oolong tea manufacturing wastewater[J].Journal of Environmental Science and Health，Part A，2014，49（2）：193-202.

[18] TOKUMURA M，MORITO R，HATAYAMA R，et al.Iron redox cycling in hydroxyl radical generation during the photoFenton oxidative degradation：dynamic change of hydroxyl radical concentration[J].Applied Catalysis B：Environmental，2011，106（3）：565-576.

[19] XU L，WANG J.Magnetic nanoscaled Fe3O4/CeO2 composite as an efficient Fentonlike heterogeneous catalyst for degradation of 4chlorophenol [J].Environmental Science Technology，2012，46（18）：10145-10153.

[20] LUCAS M S，PERES J A.Degradation of Reactive Black 5 by Fenton/UVC and ferrioxalate/H2O2/solar light processes [J].Dyes and Pigments，2007，74（3）：622-629.

[21] ZHONG Y，LIANG X，ZHONG Y，et al.Heterogeneous UV/Fenton degradation of TBBPA catalyzed by titanomagnetite：Catalyst characterization，performance and degradation products[J].Water Research，2012，46（15）：4633-4644.