零價鐵活化過硫酸鈉深度處理電鍍添加劑生產廢水

王盼盼，呂文英，劉國光，張利朋，王蒙蒙，李富華

（廣東工業大學 環境科學與工程學院，廣東 廣州 510006）

零價鐵活化過硫酸鈉深度處理電鍍添加劑生產廢水

王盼盼，呂文英，劉國光，張利朋，王蒙蒙，李富華

（廣東工業大學 環境科學與工程學院，廣東 廣州 510006）

采用零價鐵（ZVI）活化過硫酸鈉（PS）產生·SO4-，以·SO4-為氧化劑深度處理電鍍添加劑生產廢水。考察了廢水pH、n（ZVI）∶n（PS）、c（S2O82-）和反應溫度對廢水COD去除率的影響。實驗得出廢水處理的最佳工藝條件：廢水pH為5.0，n（ZVI）∶n（PS）=1.00，c（S2O82-）=15 mmol/L，反應溫度為50 ℃。在此最佳工藝條件下反應60 min，COD去除率達到76.8%，出水COD約為42 mg/L，滿足GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》的一級標準要求。

零價鐵；過硫酸鈉；硫酸根自由基；電鍍添加劑；廢水處理

電鍍添加劑生產企業是為電鍍行業提供配方藥品的企業，其排放的廢水中所含污染物的組成與電鍍廢水相似，但污染物濃度遠高于一般的電鍍廢水，處理難度大。處理電鍍添加劑生產廢水常用的方法有化學氧化法［1］、吸附法［2］和生化-混凝法［3］等。化學氧化法具有氧化能力強、處理速度快的優點，而以·SO4-為氧化劑的新型高級氧化技術在去除難降解有機物過程中顯示出巨大的潛力［4］。

本工作采用零價鐵（ZVI）活化過硫酸鈉（PS）產生·SO4

-，以·SO4-為氧化劑降解電鍍添加劑生產廢水中的難降解有機物，考察了廢水pH、n（ZVI）∶n（PS）、c（S2O82-）、反應溫度等工藝條件對廢水處理效果的影響。

1 實驗部分

1.1 廢水水質

實驗廢水為廣州某電鍍添加劑生產企業二次Fenton反應處理后的廢水，COD為180 mg/L，pH 為8.4。

1.2 試劑和儀器

硫酸、NaOH、PS、ZVI：均為分析純。

PHS-3C型pH計：上海精密科學儀器有限公司雷磁儀器廠；HJ-6A型多頭數顯恒溫攪拌器：常州奧華儀器有限公司；TR420型多參數水質分析儀：默克化工技術（上海）有限公司。

1.3 實驗方法

取25 mL廢水置于100 mL錐形瓶中，用質量分數為10%的稀硫酸調節廢水pH，然后快速加入一定量的ZVI和PS，搖勻，放入攪拌器中開始計時，反應一段時間后取出。向廢水中加入NaOH溶液，調節廢水pH至一定值，然后用0.45 μm的濾膜過濾，測定濾液的COD，計算COD去除率。除溫度影響實驗外，其他實驗均在室溫下進行，每組至少做2個平行實驗。

1.4 分析方法

采用快速消解分光光度法測定COD［5］。

2 結果與討論

2.1 廢水pH對COD去除率的影響

在c（S2O82-）=12 mmol/L、n（ZVI）∶n（PS）= 1.00、反應溫度為室溫的條件下，廢水pH對COD去除率的影響見圖1。由圖1可見：在廢水pH為3～5的范圍內，隨廢水pH升高，COD去除率提高；當廢水pH為5.0、反應時間為60 min時，COD去除率最高，為46.3%；在中性和堿性條件下，隨廢水pH升高，COD去除率逐漸下降；當廢水pH為8.4時（不調節廢水pH），COD去除率降至15.6%。由圖1還可以看出，隨著反應時間的延長，COD去除率逐漸增加；當反應時間達到60 min時，反應基本平衡，去除率基本達到最大值。

圖1 廢水pH對COD去除率的影響

在廢水pH為3～5的范圍內，隨著廢水pH的升高，COD去除率提高，可能是因為投加的ZVI在酸性較強的條件下生成Fe2+的速率過快［6］，導致Fe2+在催化S2O82-生成·SO4-的同時，又與有機物爭奪·SO4-，使得與有機物反應的·SO4-減少［7］。在堿性條件下，·SO4-更易于向·OH轉化，·OH與溶液中的OH-反應，導致活性物種快速猝滅［8］，且堿性條件下，Fe2+易生成沉淀，抑制反應的進行［9］，因此堿性條件下COD去除率較低。本實驗選擇廢水pH為5.0較適宜。

2.2 n（ZVI）∶n（PS） 對COD去除率的影響

在廢水pH為5.0、c（S2O82-）=12 mmol/L、反應溫度為室溫的條件下，n（ZVI）∶n（PS）對COD去除率的影響見圖2。由圖2可見：n（ZVI）∶n（PS）=0.50、反應時間為60 min時，COD去除率為23.4%；逐漸升高ZVI的投加量至n（ZVI）∶n（PS）= 1.00時，反應時間60 min，COD去除率達到46.3%；繼續增加ZVI的投加量至n（ZVI）∶n（PS）=2.50時，COD去除率反而降低，反應時間60 min，COD去除率僅為29.3%。這表明適量的鐵粉對有機物的降解有促進作用，過量時則會抑制有機物的降解。有研究表明［10-12］，溶液中的Fe2+過量時會與體系中的有機物競爭消耗·SO4-，降低有機物的去除率。本實驗選擇n（ZVI）∶n（PS）= 1.00較適宜。

2.3 c（S2O82-）對COD去除率的影響

在廢水pH為5.0、n（ZVI）∶n（PS）= 1.00、反應溫度為室溫的條件下，c（S2O82-）對COD去除率的影響見圖3。由圖3可見：當c（S2O82-）=6 mmol/L、反應時間為60 min時，COD去除率為34.5%；隨著 c（S2O82-） 的逐漸增加，COD去除率逐漸提高；當c（S2O82-）=15 mmol/L、反應時間為60 min時，COD去除率達到66.5%；再繼續增加c（S2O8

2-），COD去除率反而逐漸下降；當c（S2O82-）= 21 mmol/L、反應時間為60 min時，COD 去除率為44.8%。這是因為當c（S2O82-）過高時，瞬間產生大量的自由基［13］， S2O82-會對·SO4-起到猝滅作用［14-15］，從而降低COD去除率。本實驗選擇c（S2O82-）=15 mmol/L較適宜。

圖3 c（S2O82-）對COD去除率的影響

2.4 反應溫度對COD去除率的影響

在廢水pH為5.0、n（ZVI）∶n（PS）= 1.00、c（S2O8

2-）=15 mmol/L、反應時間為60 min的條件下，反應溫度對COD去除率的影響見圖4。由圖4可見：隨著反應溫度的升高，COD去除率先增加后降低；當反應溫度為50 ℃時，COD去除率最高，為76.8%，此時出水COD約為42 mg/L，滿足GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》［16］的一級標準要求。因為隨著反應溫度的升高，PS吸收的能量逐漸增多，O—O鍵越容易斷裂，產生更多的·SO4-，使COD去除率增加［17］；而當反應溫度過高時，能促進Fe2+生成Fe（OH ）3沉淀，造成氧化能力降低［18］。本實驗最佳反應溫度為50 ℃。

圖4 反應溫度對COD去除率的影響

3 結論

采用ZVI活化PS產生·SO4-，以·SO4-為氧化劑降解電鍍添加劑生產廢水中的難降解有機物。廢水處理的最佳工藝條件：廢水pH為5.0，n（ZVI）∶n（PS）= 1.00，c（S2O82-）=15 mmol/L，反應溫度為50 ℃。在此最佳工藝條件下反應60 min，COD去除率達到76.8%，出水COD約為42 mg/L，滿足GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》的一級標準要求。

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（編輯 祖國紅）

Advanced treatment of electroplating additive production wastewater by activated sodium persulfate with zero-valent iron

Wang Panpan，Lü Wenying，Liu Guoguang，Zhang Lipeng，Wang Mengmeng，Li Fuhua
（School of Environmental Science and Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou Guangdong 510006，China）

The electroplating additive production wastewater was treated using ·SO4-as oxidizing agent which was generated by activating sodium persulfate （PS） with zero-valent iron （ZVI）. The effects of wastewater pH，n（ZVI） ∶n（PS），c（S2O82-）and reaction temperature on COD removal rate were studied. The optimum process conditions are as follows：Wastewater pH 5.0，n（ZVI）∶n（PS）= 1.00，c（S2O82-）=15 mmol/L，reaction temperature 50 ℃. After reacted at these conditions for 60 min，the COD removal rate reach 76.8%，the effl uent COD is about 42 mg/L，which meet the fi rst grade standard of GB18918-2002.

zero-valent iron；sodium persulfate；sulfate radical；electroplating additive；wastewater treatment

X703

A

1006-1878（2016）03-0299-04

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.03.012

2015 - 12 - 21；

2016 - 02 - 15。

王盼盼（1989—），女，河南省鶴壁市人，碩士生，電話 18239286115，電郵 wangpanpan1989@126.com。