屠宰廢水一般都含有大量的油脂、血污、內(nèi)臟雜質(zhì)等有機物，COD較高，如果直接排放必然會引起水環(huán)境的破壞。目前國內(nèi)對于屠宰廢水的處理經(jīng)常采用微生物處理的方法。但是由于屠宰廢水水量和水質(zhì)不穩(wěn)定，隨著屠宰數(shù)量和時間波動劇烈，同時COD較高，需要較長的工藝路線才能使其穩(wěn)定和無害化，因此屠宰廢水微生物處理工藝基建投資較大，運行維護難度大。近年來，高級氧化技術(shù)預(yù)處理有機廢水的研究一直是關(guān)注的焦點，其中過硫酸鹽活化技術(shù)通過過渡金屬離子、紫外光、熱等輔助條件可以產(chǎn)生氧化性很高的硫酸根自由基（·SO4-）。與羥基自由基（·OH）相比，·SO4-在中性條件下氧化性更高，多數(shù)有機污染物都能夠被其完全氧化降解。但是該技術(shù)也存在加藥量大，過硫酸鹽消耗快，活化條件苛刻等缺點，同時這些問題也會導(dǎo)致其工藝運行費用較高。而電解輔助的方法可以將Fe3+過濾金屬離子還原為Fe2+，達到持續(xù)維持體相中過渡金屬離子催化劑濃度的目的，從而可以降低Fe2+投加量，降低過硫酸根無效分解速度，維持有機污染物降解反應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定高效進行。因此電化學輔助Fe2+活化過硫酸鹽具有一定的優(yōu)勢。
  1、實驗部分
  1.1實驗材料
  屠宰廢水取自某禽類屠宰廠，原水含有大量油脂，呈深紅色，COD為（3288±100）mg/L，pH為5.0±0.5。實驗所用Na2SO4、Na2S2O8、FeSO4、H2SO4、NaOH等試劑均為分析純。采用COD571型COD分析儀（上海精密科學儀器有限公司）進行COD的測試，采用pHS-3型酸度計進行pH的測試，電源為APS3003D直流穩(wěn)壓電源。
  1.2實驗方法
  取250mL屠宰廢水，放入電解槽中進行氧化降解實驗，電解條件為：反應(yīng)溫度為室溫，石墨板電極，電極間距2cm。調(diào)節(jié)原水pH、電解電流密度、Fe2+初始濃度、Na2S2O8投加濃度等實驗參數(shù)，間隔30min取樣測試廢水COD變化，計算COD去除率，并確定最佳參數(shù)。反應(yīng)動力學數(shù)據(jù)采用Origin8SR0（v8.0724）軟件進行處理及擬合計算。
  2、結(jié)果與討論
  2.1電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水有效性驗證
  實驗首先驗證了電解輔助Fe2+活化Na2S2O8的效果，結(jié)果如圖1所示：



  當反應(yīng)條件為［FeSO4］0=300mg/L，［Na2S2O8］0=200mg/L，電流密度=25.0mA/cm2，反應(yīng)初始pH=2時，單獨電解（采用Na2SO4作為支持電解質(zhì)，［Na2SO4］0=200mg/L）經(jīng)過240min的反應(yīng)，廢水COD去除率達到72.4%。而Fe2+活化Na2S2O8的處理效果更好，經(jīng)過120min反應(yīng)，廢水COD去除率就達到了77.0%，但是隨著時間繼續(xù)增加，其COD去除率增加緩慢上升，240min后其COD去除率僅增加至77.3%。相比較前兩種工藝，電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝具有更好的反應(yīng)效果，反應(yīng)180min后其COD去除率可達97.8%?？梢?，電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝對于屠宰廢水的預(yù)處理具有較好的效果。
  從實驗結(jié)果還可以看出，F(xiàn)e2+活化Na2S2O8工藝降解高效的時間較短，反應(yīng)120min以后，其氧化效果十分有限，這主要是由于反應(yīng)體相中氧化劑Fe2+的消耗速度很快，F(xiàn)e3+活化Na2S2O8能力有限，最終導(dǎo)致Na2S2O8部分無效分解，因此隨著反應(yīng)時間的增加，有機污染物的降解效率受到了抑制。而電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝則可以通過電化學反應(yīng)使Fe3+部分還原為Fe2+，可以維持溶液體相中一定的Fe2+濃度，因此使反應(yīng)高效時間延長，有機污染物降解效果有所提高。
  2.2電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水的反應(yīng)條件確定
  實驗采用正交實驗法來對電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水的反應(yīng)條件進行研究，反應(yīng)時間為60min，確定FeSO4初始濃度、Na2S2O8初始濃度、電流密度和初始PH對廢水COD的影響，采取4個水平，正交實驗結(jié)果見表1：



  由極差R計算結(jié)果可知，影響屠宰廢水COD下降的因素主次順序為FeSO4初始濃度、Na2S2O8初始濃度、PH和電流密度。根據(jù)正交實驗結(jié)果初步確定電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水的最佳反應(yīng)參數(shù)條件為：電流密度25.0mA/cm2，F(xiàn)eSO4初始質(zhì)量濃度300mg/L，Na2S2O8初始質(zhì)量濃度200mg/L，PH=2.0。
  2.3電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水的反應(yīng)動力學研究
  在電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水過程中，產(chǎn)生的·SO4-和水相中的有機物分子作用，奪取其電子，使之得以氧化分解。根據(jù)反應(yīng)速率理論，該氧化降解的動力學過程可用式（1）表示。



  式中：COD——廢水COD，mg/L。
  c′——溶液中·SO4-的濃度，mg/L。
  k′——反應(yīng)速率常數(shù)，min-1。
  m、n——反應(yīng)級數(shù)。
  t——反應(yīng)時間，min。
  由于生成的·SO4-壽命很短，可以瞬間奪取電子發(fā)生反應(yīng)，因此c′可近似可作常數(shù)，則動力學方程又可表示為式（2）：



  經(jīng)過積分計算可得式（3）、式（4）：
  ln（COD0/CODt）=kt（3）。
  ln（COD0/CODt）=0.014t（4）。
  式中：COD0——降解反應(yīng)前廢水COD，mg/L。
  CODt——反應(yīng)t時刻廢水的COD，mg/L。
  對實驗結(jié)果進行擬合計算，結(jié)果如圖2所示：



  其反應(yīng)過程可以用一級反應(yīng)動力學來描述，即符合式（4）的形式，其R2=0.9842，選取8個數(shù)據(jù)點進行擬合計算，上述表觀速率的計算誤差<0.0006，P<1.0×10-8，擬合直線差異極顯著，模型線性符合。
  3、結(jié)論
  （1）電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水具有較好的效果，在［FeSO4］0=300mg/L，［Na2S2O8］0=200mg/L，電流密度25.0mA/cm2，反應(yīng)初始pH=2的條件下，經(jīng)過180min的反應(yīng)，其COD去除率可達97.8%，而相同條件下，電解氧化僅為67.1%，F(xiàn)e2+活化Na2S2O8工藝僅為77.1%。
  （2）通過正交實驗確定電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水影響因素主次順序依次為FeSO4初始濃度、Na2S2O8初始濃度、PH和電流密度。
  （3）表觀動力學研究表明，電解輔助Fe2+活化Na2S2O8工藝處理屠宰廢水COD降解符合一級反應(yīng)動力學，反應(yīng)條件下，其速率常數(shù)k為0.014min-1。