Fenton試劑氧化處理火炸藥污染土壤淋洗液

　　2，4，6-三硝基甲苯(TNT)是一種單體炸藥，廣泛應(yīng)用于軍事､礦山開采､工程爆破等方面。在TNT的精制過程中，會產(chǎn)生大量火炸藥廢水(紅水)，這些廢水滲入周邊土壤，對土壤造成嚴(yán)重的火炸藥污染。淋洗法是一種常用的物理修復(fù)方法[1]，但該方法只是將污染物從土壤中轉(zhuǎn)移到水中，污染物并未得到降解。土壤淋洗液中含有的二硝基甲苯磺酸鈉､TNT､二硝基甲苯(DNT)､硝基甲苯(MNT)等硝基芳香族化合物毒性強[2]，難以生化降解，直接排放會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重危害[3]，因此，有效處理火炸藥污染土壤淋洗液，對于改善生態(tài)環(huán)境､維護當(dāng)?shù)鼐用竦娜梭w健康具有重要意義。

　　目前，國內(nèi)外學(xué)者對含火炸藥廢水 的主要處理手段是吸附法[4]､萃取法[5]､高級氧化法[6]､電化學(xué)法[7]､厭氧-好氧生物法[8]､植物法[9]等。其中吸附法､萃取法是物理處理技術(shù)，操作簡單，反應(yīng)快，但材料成本高且有二次污染[10];高級氧化法和電化學(xué)法屬于化學(xué)處理技術(shù)，反應(yīng)速率快，耐受污染濃度高，但能耗大，工業(yè)運作成本高;厭氧-好氧生物法和植物法屬于生物處理技術(shù)，易于操作和管理，建設(shè)費和維護費低，不引起二次污染，但由于火炸藥污染土壤淋洗液中有毒物質(zhì)較多，直接生化處理效果較差。Fenton氧化法是一種化學(xué)處理技術(shù)，具有設(shè)備簡單，操作方便，反應(yīng)徹底并且不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點[11]，可將底物礦化為二氧化碳和水或其他低毒物質(zhì)[12]，具有廣泛的應(yīng)用前景。Fenton氧化法在水處理中的作用主要包括氧化和混凝兩種作用。氧化作用是指在酸性條件下Fe2+與H2O2 作用，生成具有強氧化能力的羥基自由基· OH 與有機物發(fā)生反應(yīng)，羥基自由基的氧化還原電位為2.8V，僅次于氟(2.87V)，達到氧化分解水中有機物的目的，反應(yīng)方程見(1)~(9)式;反應(yīng)中生成的Fe(OH)3 膠體具有絮凝､吸附功能，可去除水中部分有機物[13]。Chen等采用Fenton氧化法處理炸藥廢水，發(fā)現(xiàn)Fen-ton試劑對DNT和TNT的降解效果優(yōu)于UV/H2O[14]2 。目前尚未見有采用Fenton氧化法處理火炸藥污染土壤淋洗液的報道。

　　本研究采用Fenton試劑氧化處理火炸藥污染土壤淋洗液，考察了FeSO4·7H2O的投加量､H2O2的投加量､初始pH､反應(yīng)時間及溫度對處理效果的影響，并采用發(fā)光細菌法評價反應(yīng)前后水樣急性毒性的變化，為Fenton試劑氧化處理火炸藥污染土壤淋洗液的實際應(yīng)用提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

　　1 材料和方法

　　1.1 實驗材料

　　火炸藥污染土壤來自甘肅某化工集團，將火炸藥污染土壤裝入淋洗裝置，水從裝置上部流入，裝置底部流出淋洗液。實驗采用的污染土壤淋洗液是水土比為1∶1(v∶v)時得到的土壤淋洗液，呈黑紅色不透明狀，COD =46000 mg/L，BOD5 =31 mg/L，B/C=0.007，可生化性差。由于淋洗液中污染物濃度太高，本文將淋洗液稀釋10倍后使用，水樣稀釋后初始COD=4553.9mg/L。實驗采用的FeSO4·7H2O､濃H2SO4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)､Ca(OH)2 均為分析純;H2O2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)為優(yōu)級純。發(fā)光細菌購自濱松光子學(xué)商貿(mào)(中國)有限公司。

　　1.2 實驗方法

　　取25mL調(diào)節(jié)好pH值的土壤淋洗液于150mL錐形瓶中，加入一定量FeSO4·7H2O使其溶解后，再加入一定量的H2O2，置于恒溫振蕩器中(150r/min)，待反應(yīng)完全后，加入適量的Ca(OH)2 調(diào)節(jié)溶液pH值至8~9，使鐵離子沉淀，在3000r/min條件下離心5min，靜置20min后取上清液進行檢測。由于淋洗液的成分復(fù)雜，本文采用COD表示淋洗液中污染物濃度。

　　1.3 分析方法

　　采用酸性重鉻酸鉀氧化法測定COD[15]，并依據(jù)下式計算COD去除率:

 　　式中:COD1 為水樣處理前化學(xué)需氧量，COD2 為水樣處理后化學(xué)需氧量;依據(jù)《中華人民共和國國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T7488-1987)采用稀釋接種法測定BOD5;采用UV1800紫外可見分光光度計(日本島津)在190~1100nm范圍內(nèi)測量處理前后水樣的紫外可見吸收光譜;采用發(fā)光細菌法[16，17]評價處理前后水樣的急性毒性，發(fā)光抑制率LIR(%)按下式計算:

 　　式中:RLIref為參比溶液的發(fā)光強度;RLIs為樣品的發(fā)光強度。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 FeSO4·7H2O投加量對處理效果的影響

　　在溶液初始pH為3､H2O2 投加量為40.0mL/L､反應(yīng)時間120min及反應(yīng)溫度30℃條件下，研究Fe-SO4·7H2O投加量對火炸藥污染土壤淋洗液COD去除率的影響，結(jié)果如圖1所示。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

 　　由圖1可知，當(dāng)FeSO4·7H2O投加量由2.0g/L增至8.0g/L時，COD去除率由68.2%升至72.6%，F(xiàn)eSO4·7H2O投加量繼續(xù)增加，COD去除率略有下降，但變化不大。這是由于溶液中Fe2+濃度較低時，H2O2 的利用率低，生成的·OH少，不能夠完全氧化有機物，導(dǎo)致COD去除率較低。隨著FeSO4·7H2O投加量增大，生成的·OH逐漸增多，COD去除率隨之增大。當(dāng)FeSO4·7H2O投加量超過8.0g/L時，由于生成的大量· OH來不及與有機物反應(yīng)，積聚的·OH相互反應(yīng)生成水，使得COD去除率略有下降[12]。實驗選擇FeSO4·7H2O最佳投加量為8.0g/L。

詳情請下載：Fenton試劑氧化處理火炸藥污染土壤淋洗液