電化學法處理殺菌劑廢水的技術

陳志冉

（黃河水利職業(yè)技術學院，河南 開封 475003）

在現有的水污染防止技術體系中，比較常用的殺菌劑廢水處理技術有微電解法、電化學法、電滲析發(fā)等若干種。其中，電化學法具有自動化程度高、不產生二次污染、污染物降解徹底等特點，被廣泛應用于農藥廢水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等高濃度、高毒性廢水的處理中。當然，在應用電化學法處理殺菌劑廢水時，也偶爾出現處理效果不理想的情況。分析影響廢水處理效果的影響因素，進而加以控制對進一步提升電化學處理技術的應用效果有積極幫助。

1 電化學法處理殺菌劑廢水的實驗

1.1 實驗準備

本實驗中使用到的儀器有電化學反應器、直流穩(wěn)壓電源、恒溫磁力攪拌器等。所用實驗藥品有異噻唑啉酮、NaSO4、HCl、NaOH 等。

以某生產工業(yè)殺菌劑的化工企業(yè)作為實驗樣品的采集點，對其排放的生產廢水進行隨機取樣，得到樣品15 份，每份50ml。使用紫外光譜檢測，結果表明廢水中異噻唑啉酮的濃度在184-206mg/L 之間，pH 值在4.2-6.1 之間，各類污染物的具體指標如表1 所示。

表1 殺菌劑廢水樣品的檢測結果（mg/L）

研究表明，異噻唑啉酮的產品組成上，CMI 含量在10.6-11.8%，MI 的含量在3.0-4.2%，另外還有硝酸鎂、氯化鎂等。異噻唑啉酮的去除率（η）可通過公式計算得出：

式（1）中，C 為反應時間為t 時異噻唑啉酮的濃度，C0反應開始前異噻唑啉酮濃度，單位均為mg/L。

1.2 電化學氧化異噻唑啉酮的實驗

采用靜態(tài)實驗的方式，分析電流密度、氧化時間與廢水中異噻唑啉酮講解效果的關系。該實驗中，選取TiSnO2+SbO3/PbO2電極作為陽極，另外選擇一塊完好的不銹鋼作為陰極。結合實驗內容自制電化學工作臺。選擇一個容積為200ml 的燒杯，向其中加入含有異噻唑啉酮的殺菌劑廢水。采用變量控制法，依次選取氧化時間、pH 值、電流密度作為單一變量，探究在不同條件下殺菌劑廢水中異噻唑啉酮講解效果。

2 電化學氧化異噻唑啉酮的影響因素

2.1 氧化時間

為降低實驗數據處理難度，選擇一份殺菌劑廢水，在檢測其中異噻唑啉酮濃度的基礎上，通過加入清水稀釋或者加入異噻唑啉酮藥劑的方式，調制得到濃度恒定為200mg/L 的實驗溶液。同時，結合之前測量所得的廢水樣品pH 值，選擇加入NaSO4進行pH 值調節(jié)，使其恒定為6。將實驗儀器的電流密度設定為20mA/cm2。然后通電運行電化學反應器。殺菌劑廢水樣品中異噻唑啉酮去除率（η）隨著反映時間（t）的變化曲線如圖1 所示。

結合圖1 可以發(fā)現，在電化學反應器運行之后，從第30min開始檢測到廢水中異噻唑啉酮的濃度開始降低，此時η 的初始值為47%。隨著氧化時間的增加，在30-90min 之間，η 的變化較為明顯，在第90min 時達到了90%。之后由于廢水中異噻唑啉酮的濃度已經較低，因此繼續(xù)進行電化學處理，η 的去除率變化量開始減小，從氧化時間第90-180min 之間，η 的去除率上升至98%。總體來看，使用電化學法處理殺菌劑廢水，對于廢水中異噻唑啉酮的去除效果較為理想。另外，圖1 中也給出了廢水中CODcr 去除率與氧化時間的關系，可以發(fā)現在氧化處理180min 后，去除率達到了44%。從經濟性考慮，基于電化學法去除廢水中異噻唑啉酮，最佳時間控制在90min 為宜。

圖1 異噻唑啉酮去除率與氧化時間的關系圖

2.2 溶液的pH

實驗設備及條件與2.1 實驗基本保持一致。主要區(qū)別在于變量的調整，即將電化學氧化時間固定在90min，而將溶液pH調節(jié)為多個等級，以此來探究殺菌劑廢水不同pH 值對于電化學法處理異噻唑啉酮效果的影響。選取同一份廢水樣品，將其等分成6 份，向其中添加HCl 或NaOH，獲得pH=1,3，5，7，9，11的6 份實驗溶液。分別加入到電化學反應器中，得到溶液中異噻唑啉酮去除率（η）與pH 值的關系曲線，如圖2 所示。

圖2 異噻唑啉酮去除率與溶液pH 的關系圖

結合圖2 可以發(fā)現，溶液pH 值也是影響殺菌劑廢水中異噻唑啉酮去除率的一個因素，但是pH 值的改變對η 的影響效果并不明顯。在pH 值＜7 的情況下，隨著酸性的減弱，η 的值也隨之降低。說明當溶液的酸性減弱，使用電化學法處理殺菌劑廢水中的異噻唑啉酮，效果也有所減弱。分析其原因，酸性較強環(huán)境下，O2在陰極處更容易還原進而得到H2O2，導致溶液中[OH]自由基濃度上升，因而異噻唑啉酮的去除率較高。反之，酸性逐漸減弱，則O2的還原難度隨之增加，由此也使得η 值有一定幅度的下降。在pH 值在7-11 之間是，隨著溶液堿性增強，η值增加。但是當pH＞11 時，由于陽極析出氧的量增加，對溶液中[OH]自由基產生了抑制作用，由此導致η 值降低。另外，圖2也給出了溶液中CODcr 與pH 的關系曲線，可以發(fā)現隨著pH值的增大，溶液中CODcr 的去除率緩慢降低。在pH=1 時，CODcr 的η 值為38%；在pH=11 時，CODcr 的η 值為22%。理論上來說，基于電化學法去除廢水中異噻唑啉酮，最佳pH 為5-7。但是考慮到殺菌劑廢水本身的pH 在4.2-6.1 之間，基于經濟性考慮，實際pH 選擇為6。

2.3 電流密度

實驗設備及條件與2.1 實驗基本保持一致。主要區(qū)別在于變量的調整，即將pH 恒定為6，氧化反應時間恒定為90min，改變電化學反應器的電流密度，使其在0-20mA/cm2之間變化，以此來探究電流密度對殺菌劑廢水中異噻唑啉酮去除率的影響。在實驗中，將電流密度的調整檔位分別設定為2.5 mA/cm2、5.0 mA/cm2、10.0 mA/cm2、15.0 mA/cm2和20.0 mA/cm2。隨著電流密度增加，異噻唑啉酮去除率的變化曲線如圖3 所示。

圖3 異噻唑啉酮去除率與電流密度的關系圖

結合圖3 可以發(fā)現，在電流密度小于5 mA/cm2時，該值的變化對η 幾乎沒有影響。而電流密度從5 mA/cm2增加到20 mA/cm2時，隨著該值的增加，η 值也呈現出較為明顯的變化。從5 mA/cm2時的53%，增加到205 mA/cm2時的84%。其中，電流密度到達15mA/cm2之前，η 的斜率更大，說明電流密度對異噻唑啉酮去除率的影響更加明顯；電流密度超過15 mA/cm2后，對異噻唑啉酮去除率的影響減弱。另外，圖3 也給出了電流密度變化對溶液中CODcr 去除率的影響，隨著電流密度增加，去除率緩慢上升。綜合處理時間和經濟效益等因素，實際電流密度設定為15 mA/cm2。

3 結論

工業(yè)上生產殺菌劑時產生的廢水中，含有異噻唑啉酮、CODcr 等多種有害物質。為做到廢水的無害化處理，必須要借助于相應的技術手段降低廢水中污染物的濃度。本文介紹的電化學法處理殺菌劑廢水技術，通過調節(jié)電化學反應器的電流密度為15mA/cm2，將廢水的pH 值調制6,持續(xù)氧化反應90min，可以實現廢水中異噻唑啉酮去除率的最大化。