UV-Fenton氧化法在DMSO廢水處理中的運(yùn)用

劉大偉 張燕 陳瑤 甘琦 于洋

摘 要：UV-Fenton氧化法（即紫外-芬頓氧化法）是一種光催化氧化法，可以應(yīng)用于DMSO（二甲基亞砜）產(chǎn)品廢水降解處理中。本研究闡述了UV-Fenton氧化法的應(yīng)用價(jià)值，并通過(guò)實(shí)證分析其在DMSO廢水處理中的運(yùn)用價(jià)值，以為DMSO分解后的二級(jí)基質(zhì)降解提供可行性借鑒。

關(guān)鍵詞：UV-Fenton氧化法;DMSO;廢水處理

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）31-0139-02

Application of UV-Fenton Oxidation in DMSO Wastewater Treatment

LIU Dawei ZHANG Yan CHEN Yao GAN Qi YU Yang

（Lianyungang Howrey Biotechnology Co.， Ltd.，Lianyungang Jiangsu 222000）

Abstract： UV-Fenton oxidation is a photocatalytic oxidation process that can be applied to wastewater degradation of DMSO （dimethyl sulfoxide） products. This study describes the application value of UV-Fenton oxidation method， and empirically analyzes its application value in DMSO wastewater treatment， which provides a feasible reference for the degradation of secondary matrix after DMSO decomposition.

Keywords： UV-Fenton oxidation;DMSO;wastewater treatment

某企業(yè)為高污染型企業(yè)，應(yīng)生態(tài)環(huán)境部門要求，環(huán)境監(jiān)測(cè)單位對(duì)其排放的廢水進(jìn)行檢驗(yàn)，證實(shí)主要污染物成分中二甲基亞砜（DMSO）占比最大?；瘜W(xué)試驗(yàn)研究表明，該污染物為一種吸濕性的可燃液體，具有高極性、高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性好、非質(zhì)子、與水混溶的特性，能溶于乙醇、丙醇、苯和氯仿等大多數(shù)有機(jī)物中，被譽(yù)為“萬(wàn)能溶劑”[1]。常規(guī)處理該污染物的方法成本較高，生化法和化學(xué)氧化法不能達(dá)到降解要求，且極容易引發(fā)二次污染。應(yīng)用基于UV-Fenton氧化法的超常生物法，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后生成一種二級(jí)基質(zhì)，而UV-Fenton氧化法可以促進(jìn)二級(jí)基質(zhì)降解。

1 研究綜述

王亞采用P25型TiO2顆粒進(jìn)行試驗(yàn)，TiO2添加量為1.00g/L、在pH為7、DMSO初始濃度50μmol/L條件下，DMSO的去除率可以達(dá)到70%。DMSO的TiO2光催化降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型[5]。劉亞麗以二甲基亞砜為溶劑，5% Pd/CNT為催化劑，催化硝基環(huán)己烷加氫，通過(guò)改變工藝條件發(fā)現(xiàn)，在130℃、0.9MPa的條件下反應(yīng)6h，硝基環(huán)己烷的轉(zhuǎn)化率為98.76%，環(huán)己酮肟的收率為35.07%[6]。喬憲書(shū)利用紫外可見(jiàn)光譜、紅外光譜和核磁共振譜等技術(shù)手段對(duì)體系吸收SO2的機(jī)理進(jìn)行研究，同時(shí)測(cè)定了不同濃度比的TEG+DMSO二元混合體系密度和黏度值，結(jié)果表明，SO2的穩(wěn)定存在主要是由于體系中DMSO和TEG與SO2分子間存在的弱相互作用[7]。

2 設(shè)計(jì)處理水量

設(shè)計(jì)處理水量Q=210m3/d，其中，引入生活污水50 m3/d。

3 設(shè)計(jì)原工業(yè)廢水水質(zhì)

CODCr是指采用重鉻酸鉀（K2Cr2O7）作為氧化劑測(cè)定出的化學(xué)耗氧量，CODCr=4 100mg/L。

BOD5是指微生物代謝作用所消耗的溶解氧量，即水體污染程度指標(biāo)，BOD5=2 100mg/L。

NH3-N是指水（廢水）的氨氮含量指標(biāo)，NH3-N=510mg/L。SS是指濾渣脫水烘干后的固體，SS=260mg/L。TP是指水（廢水）的總磷含量，TP=110mg/L。pH是指氫離子濃度指數(shù)，pH=6～8[2]。

4 處理要求

經(jīng)該裝置處理后，達(dá)到SBR（序列間歇式活性污泥法）處理要求后的污水執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)指標(biāo)，即CODCr 375mg/L，BOD5 160mg/L，SS 200mg/L，NH3-N 30mg/L，優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（CODCr 500mg/L，BOD5 300mg/L，SS 400mg/L）[3]。

5 設(shè)計(jì)依據(jù)

必須貫徹落實(shí)《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國(guó)水污染防治法》《中華人民共和國(guó)海洋環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》等相關(guān)規(guī)定。同時(shí)，要嚴(yán)格遵守《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）、《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）、《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》《GB 18920—2002》、《肉類加工工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13457—1992）、《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18596—2001）和《化學(xué)合成類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 21904—2008）。

6 廢水處理工藝流程設(shè)計(jì)

6.1 工藝要求

針對(duì)DMSO（二甲基亞砜）產(chǎn)品樣品中物體的穩(wěn)定性特質(zhì)和可降解難度大等特點(diǎn)，采用UV-Fenton氧化法對(duì)DMSO進(jìn)行降解處理，旨在為廢水降解提供可行性借鑒。

6.2 工藝原理

UV-Fenton氧化法反應(yīng)條件溫和，氧化能力強(qiáng)。在反應(yīng)溶液中加入一定量的半導(dǎo)體催化劑，使其在紫外光的照射下產(chǎn)生·OH，通過(guò)·OH的強(qiáng)氧化作用對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行處理[4]?；瘜W(xué)方程式為：

[Fe2++H2O2==Fe3++OH-+·OH]? ? ? ? ?（1）

6.3 工藝流程

該技術(shù)的發(fā)展源自光化學(xué)氧化技術(shù)，以紫外光作用下有機(jī)污染物氧化降解的反應(yīng)過(guò)程為裝置設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。利用自然界的近紫外光（290～400nm）吸收污染物，與DMSO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其間借鑒TiO2光催化降解聯(lián)苯和氯代聯(lián)苯，使得有機(jī)物污染基質(zhì)大為可行。

6.4 結(jié)果

按H2O2與原水COD質(zhì)量濃度比為2∶1投加H2O2，在pH值為4、反應(yīng)時(shí)間為6h、水力停留時(shí)間為4h的條件下，該系統(tǒng)對(duì)原水CODCr（5 000mg/L）的去除率大于98%，出水CODCr達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)要求。

7 預(yù)期效益

該裝置在設(shè)計(jì)應(yīng)用中以低成本實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放，通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的羥基自由基，將有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等無(wú)害的小分子化合物。有研究應(yīng)用混凝-Fenton試劑法處理油田采油廢水，在混凝處理和Fenton試劑氧化處理最優(yōu)操作條件下，水中的含油濃度、COD濃度、SS濃度分別為104.3、548.7、102.5mg/L，分別下降到1.4、3.8、2.0mg/L，達(dá)到了水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

8 結(jié)語(yǔ)

光催化降解二甲基亞砜效果明顯，實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。本研究采用UV-Fenton氧化法作為生化處理的預(yù)處理方法，通過(guò)中試系統(tǒng)，探索了UV-Fenton氧化法處理DMSO廢水的可行性，并優(yōu)化了水力停留時(shí)間，氧化劑投加量、pH值等工藝參數(shù)，應(yīng)用價(jià)值較為顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曦.光催化降解二甲基亞砜效果及影響因子研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]Donadelli J A，Carlos L，Arques-Sanz A，et al.Kinetic and mechanistic analysis of azo dyes decolorization by ZVI-assisted Fenton systems：pH-dependent shift in the contributions of reductive and oxidative transformation pathways[J].Applied Catalysis B：Environmental，2018（231）：51-61.

[3]姚燭威.聚丙烯腈的二甲基亞砜溶液凝膠化成纖過(guò)程相轉(zhuǎn)變研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2018.

[4]史會(huì)虎.二甲基亞砜+四甘醇體系吸收二氧化硫并調(diào)控制備堿土硫酸鹽的研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2018.

[5]王亞.二甲基亞砜裝置安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2014.

[6]劉亞麗.二甲基亞砜溶劑體系下硝基環(huán)己烷加氫過(guò)程研究[D].湘潭：湘潭大學(xué)，2016.

[7]喬憲書(shū).三乙二醇+二甲基亞砜體系吸收二氧化硫及制備鋇基硫酸鹽的研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2017.