電解法處理高濃度有機(jī)磷農(nóng)藥廢水COD去除率的影響研究

陳斌曾桂華(.北京盈和瑞環(huán)保工程有限公司,北京00000；.長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 40000)

電解法處理高濃度有機(jī)磷農(nóng)藥廢水COD去除率的影響研究

陳斌1曾桂華2(1.北京盈和瑞環(huán)保工程有限公司,北京100000；2.長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410000)

采用惰性石墨電極片作為電極對(duì)高濃度有機(jī)磷農(nóng)藥廢水進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)研究電極數(shù)量、電解時(shí)間和催化劑Fe2+用量對(duì)高濃度有機(jī)磷農(nóng)藥廢水COD去除率的影響，以確定最佳工藝條件。結(jié)果表明：電解處理高濃度有機(jī)磷農(nóng)藥廢水適宜的反應(yīng)時(shí)間在80～100min，在相同的電流強(qiáng)度下，增加電極數(shù)目，有利于COD的去除和縮短電解時(shí)間；H2O2與Fe2+的最佳摩爾比為10:1，此時(shí)COD的去除率最高可達(dá)45%。

電解法;有機(jī)磷農(nóng)藥廢水; COD

電解法是一種較為成熟的廢水處理方法，是在通入直流電的條件下，利用電極上發(fā)生的氧化還原反應(yīng)而改變污染物性質(zhì)或生成其它無(wú)害物質(zhì)，從而去除污染物的方法。電解法廣泛應(yīng)用于處理電鍍廢水、印染廢水、制藥廢水、制革廢水、造紙黑液及其它高濃度有機(jī)廢水的處理。該法處理廢水具有很多優(yōu)點(diǎn)，且可實(shí)現(xiàn)高度的設(shè)備化，設(shè)計(jì)裝置緊湊、占地面積小、一次投入較少，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

有機(jī)磷農(nóng)藥通常是指磷酸酯或硫代磷酸酯類有機(jī)化合物，具有種類多、藥效高、用途廣、易分解等特點(diǎn)，近年來(lái)已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的一類農(nóng)藥。有機(jī)磷農(nóng)藥生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢水不僅量大，而且化學(xué)需氧量(COD)含量極高，可達(dá)數(shù)萬(wàn)毫克/升。由于其毒性大、成分復(fù)雜，因此在排放前必須經(jīng)過(guò)有效的處理過(guò)程。

本研究以湖南某農(nóng)藥廠有機(jī)磷農(nóng)藥生產(chǎn)車間廢水為研究對(duì)象，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)研究電極數(shù)量、電解時(shí)間和催化劑Fe2+用量對(duì)高濃度有機(jī)磷農(nóng)藥廢水COD去除率的影響，以確定最佳工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

直流電源、石墨片電極、WXJ-Ⅲ微波消解裝置、酸式滴定管、NaOH、pH計(jì)/試紙、30%雙氧水、硫酸亞鐵、重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨、硫酸銀、硫酸汞、鄰菲羅啉、98%濃硫酸。

1.2 實(shí)驗(yàn)廢水

本實(shí)驗(yàn)所采用的水樣為湖南某農(nóng)藥廠的生產(chǎn)車間廢水，該農(nóng)藥廠主要生產(chǎn)樂(lè)果、氧化樂(lè)果、甲基對(duì)硫磷(甲基1605)、敵敵畏、除草劑、甲基嘧啶磷等，其主要成份是磷酸酯類化合物。所采廢水水樣pH值為9.45，COD為81320mg/L。

1.3 分析方法

COD測(cè)定采用微波消解重鉻酸鉀滴定法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 電極數(shù)量、電解時(shí)間對(duì)COD去除率的影響

以惰性石墨片為陰陽(yáng)電極，平行成對(duì)放置于電解液中，在固定電解液pH=4、電流強(qiáng)度=1.5A、電解時(shí)間為60min、單片電極單面面積S=15cm2、每相鄰兩片電極間距d=2.0cm，30%的H2O2和FeSO4·7H2O的加入量分別設(shè)計(jì)為4.0mL和0.2g每100ml廢水等參數(shù)不變的條件下，改變電極的數(shù)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電極的數(shù)量分別設(shè)計(jì)為：2、4、6、8塊，電極為陰陽(yáng)相間排列。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。

從圖1可見，隨著電極數(shù)量的增加，廢水的COD去除率逐漸增加。當(dāng)只用2塊電極時(shí)，COD去除率為41.10%，當(dāng)電極數(shù)量增加到8塊，COD去除率達(dá)到了74.26%，增效明顯。從圖2可以看出，在電解時(shí)間為100min左右，COD去除率達(dá)到最大值。廢水電解氧化降解大致分為三個(gè)階段：0～20min為第一階段，易氧化降解的小分子有機(jī)物降解，降解速度較快，COD去除速率較快；20～60min為第二階段，部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子或環(huán)類有機(jī)物斷裂為小分子，COD去除速率變緩，在30～60min，COD變化不大；60～100min為第三階段，大分子或環(huán)類有機(jī)物斷裂為小分子后的進(jìn)一步降解。隨后隨著電解時(shí)間的延長(zhǎng)，COD的去除率在60%左右波動(dòng)并有不增反而有少量下降的趨勢(shì)。從整個(gè)電解過(guò)程看，綜合COD去除率和能耗，電解時(shí)間應(yīng)控制在80～100min。在相同的電流強(qiáng)度下，增加電極數(shù)目，有利于COD的去除和縮短電解時(shí)間。

圖1 電極數(shù)量對(duì)COD去除率的影響圖

圖2 不同電解時(shí)間下電解液的COD去除率變化圖

2.2 催化劑Fe2+用量對(duì)COD去除率的影響

以兩片石墨片為陰陽(yáng)電極，平行成對(duì)放置于電解液中，在固定電解液pH=4、電流強(qiáng)度=1.5A、電解時(shí)間為60min、電極面積S=15cm2、電極間距d=2.0cm，30%的H2O2加入量分別設(shè)計(jì)為4.0mL每100ml廢水等參數(shù)不變的條件下，改變催化劑Fe2+用量進(jìn)行電解氧化實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)e2+以FeSO4·7H2O的形式加入，加入量分別設(shè)計(jì)為：0.05g、0.10g、0.25g、0.5g、1.0g 、1.25g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

從圖3可見，在雙氧水用量保持不變的條件下，隨著FeSO4·7H2O用量的增加，在0.05～0.5g范圍內(nèi)，COD的去除率在40%上下波動(dòng)，變化不大，進(jìn)一步增大FeSO4·7H2O用量，當(dāng)FeSO4·7H2O用量為1.0g，即H2O2與Fe2+的摩爾比約為10:1，COD的去除率增加到45.96%；此外，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，隨著FeSO4·7H2O用量的增加，電解液中產(chǎn)生的沉淀量也逐漸增加，會(huì)增大溶液中的電阻，減低電流效率。因此進(jìn)一步增大FeSO4·7H2O用量，COD的去除率增加的量不大，而且會(huì)造成藥劑成本的上升和電流效率的下降，因此H2O2與Fe2+的摩爾比保持為10:1左右即可。

圖3 FeSO4·7H2O用量對(duì)COD去除率的影響圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用惰性石墨電極片作為電極對(duì)高濃度有機(jī)磷農(nóng)藥廢水進(jìn)行電解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在相同的電流強(qiáng)度下，增加電極數(shù)目，有利于COD的去除和縮短電解時(shí)間；當(dāng)電解時(shí)間控制在80～100min，H2O2與Fe2+的摩爾比保持為10:1左右時(shí)是最佳的電解條件。

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陳斌(1979- )，男，湖南衡東人，大學(xué)本科，工程師，主要從事廢水處理工程的設(shè)計(jì)與研究，副教授、高級(jí)工程師，從事環(huán)境污染治理、環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究。